[发明专利]一种凝视型线激光高光谱深度成像系统

说明书

本发明公开一种凝视型线激光高光谱深度成像系统，包括双目形貌探测模块，高光谱分光模块，线激光，二向色镜，前置光学模块，信息处理单元。线激光经过二向色镜、振镜系统、准直透镜和成像透镜后聚焦在待测样品表面，线区域的荧光或反射光被采集得到荧光光谱数据或反射光谱数据。同时线区域的反射光被双目相机采集成像，来求解对应的三维空间数据。所有时序的线区域的荧光光谱数据或线区域的反射光谱数据和线区域的三维空间数据融合而成四维光谱形貌模型。本发明克服了传统设备数据单一，精度较差的问题，将凝视型高光谱技术双目形貌探测技术形成一体化4维高光谱形貌系统，系统具有深度分辨率高，光谱分辨率高等特性。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种凝视型线激光高光谱深度成像系统。

背景技术

随着材料科学、制造工艺和工业发展水平的不断提高，人们对于工业零部件的要求越来越高，不论是使用感受，还是美观程度都提出了更高的要求。工业零部件作为各种工业产品的组成部分，其外观质量也直接影响着最终产品的档次和精度水准。

工业零部件由于其生产环境和制作工艺，不可避免会产生一些表面缺陷，会对其整体品质造成影响，随着对于工业生产的要求逐渐提高，工业零部件的缺陷检测以及筛查越来越不可缺失。工业零部件面品缺陷，主要包括尺寸精度差异和表面质量缺陷。

过去数十年，国内对工业零部件缺陷机器视觉检测主要以二维图像特征提取识别为主。随着激光扫描技术的发展，三维形貌识别也逐步应用于缺陷的立体检测中，提供更丰富的空间尺度信息，进而提高检测的准确率。传统接触式三维形貌测量因探头容易划伤样品及低效的点扫描方式，而逐步被光学非接触式方法所替代。光学三维视觉测量方法的种类主要分为：摄影测量法、飞行时间法、三角法、投影条纹法、成像面定位法、干涉测量法等，共聚焦三维扫描。其中共聚焦三维测量相对于其他方法具有更高的测量精度，然而传统的共聚焦三维扫描面临着扫描效率低，仅仅能扫描三维空间点信息。缺少光学特性的信息来判断缺陷的种类。

不仅仅是分析待测样品几何形状的不同，如果还需要探测材质的差异，高光谱成像技术是一种适合的手段。高光谱成像是指一种能够采集连续上百个波段的成像方式，其获取的图像上的每一个像素点都对应着一条光谱曲线。高光谱成像技术集合了成像技术和光谱技术的优点，在信息的丰富程度上有了极大的提高。本文的系统将光谱技术和共聚焦三维扫描技术相结合，不仅可以高精度的扫描样品的三维形貌，还可以通过光谱信息来分析样品的材质特性。本系统还解决了现有缺陷检测系统主要存在检测精度和时间效率的冲突，如当缺陷检测精度足够高时候，效率很低，而检测速度快的时候，精度不高。

发明内容

为了解决上述等问题，本发明公开一种凝视型线激光高光谱深度成像系统，包括双目形貌探测模块，高光谱分光模块，线激光，二向色镜，前置光学模块，信息处理单元。线激光经过二向色镜后被反射到前置光模块中的振镜系统中。线激光从振镜系统反射后经过准直透镜和成像透镜聚焦在待测样品表面，若样品表面存在荧光物质，则可激发出线区域的荧光。通过振镜系统连续改变反射镜的角度使激光线完整的扫过待测样品。线区域的荧光或反射光经过前置光学模块后被高光谱分光模块采集得到荧光光谱数据或反射光谱数据。同时线区域的反射光经过激发光带通滤波片后被双目相机采集成像。双目形貌探测模块根据线激光的像素位置来求解对应的三维空间数据。线区域的荧光光谱数据或线区域的反射光谱数据和线区域的三维空间数据融合而成四维光谱形貌数据。依次将所有时序下的线区域对应的四维光谱形貌数据拼接在一起就形成了样品完整的四维模型。

本发明的有益效果：本发明克服了传统高光谱成像技术无法采集三维形貌数据的缺点，采用线激光引导成像匹配，既提高了双目重建精度，又融合了三维空间数据和光谱数据。将凝视型高光谱技术和双目形貌探测技术形成非传统一体化4维高光谱形貌系统，系统具有深度分辨率高（深度分辨率26微米），光谱分辨率高（光谱分辨率3nm）等特性，这对于分析待测物体形貌和色度差异具有巨大应用价值。