[发明专利]一种基于相移偏折术的高反射物体表面缺陷检测

权利要求书

1.本发明主要针对高反射物体进行表面缺陷检测，如：镜面，类镜面物体；本发明通过基于相移偏折术进行检测，要实现该目的，本发明提供了一种基于相移偏折术的测量模块，其特征在于：

S₁、根据测量系统的几何物理模型, 搭建由被测物体、工控机、图像采集卡、LCD（LiquidCrystal Display）显示器、工业相机、精密调整平台等组成的测量系统；

S₂、调整好工业相机的工作距离，在相机的焦距范围内调整待测物体的角度，利用工控机编码生成正弦条纹图，经显示器屏幕投影到待测物体表面，通过投射初始相移量分别为0、π/8、π/4和3π/8的条纹，将相位误差中的低频分量消除，利用工业相机采集m张被测物体表面曲率变化调制的条纹图像；

S₃、利用迭代阈值分割法分割出待测零件的感兴趣区域（ROI, Region Of Interest），基于8连通链码法实现待测区域的定位与截取，迭代阈值分割法可得到待测曲面所在区域的最小外接矩形；

S₄、对图像进行相位提取和相位展开，按多频时间相位展开，得到拟合面形实现镜面三维物体形貌的测量与重建。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S₁包括：

S₅、为了保证三维测量的精度，测量需要提前做好标定，分为相机标定和几何标定两部分，相机标定采用张正友标定法标定相机内外参数，几何标定通过在显示屏构造特征点，引入摄影测量系统作为显示屏坐标系与相机坐标系的转换中介实现显示屏坐标系和相机坐标系的转换；

S₆、为了保证三维测量的准确度，保持条纹图的稳定可靠，将被测物体放置在标定平台中心，保证相机可以拍摄到完整的物体图像，相机视野要略大于被测表面。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S₂包括：

S₇、相机收集的待测物体图像m至少为4，可以获取完整的相位信息，抑制噪声效果较好；

S₈、采用四步相移法计算相位，用四步相移的正弦条纹，获取显示器像素点与成像平面图像点之间的折返对应关系，在显示器屏幕上分别显示水平和竖直方向的正交条纹，实现对显示器上的每个像素点编码．其同方向相邻两幅条纹图相位差为π/2，其数学表达式为：

其中，n为条纹幅数，分别取1，2，3，4

由上式，可联立方程组求解得到：

可见求解条纹相位的问题在于arctan函数，其值域为[-π, π)，求解出相位主值在[-π,π)之间；

S₉、为了保证拍摄效果与采集数据的准确性，显示器亮度需要调整到最亮且避免光学平台等额外反射的干扰，除显示屏背景亮度，关闭环境中其他光源，当检测系统中光线入射角和反射角在30°左右时最佳。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S₃包括：

S₁₀、对图像进行灰度化处理，根据灰度图像，基于图像的灰度特征来计算一个或多个灰度阈值，并将图像中每个像素的灰度值与阈值作比较；

S₁₁、将被测表面上的条纹转换为均匀的灰度值区域，在行方向与列方向分别投影并求取平均值，得到每行的灰度平均值与每列的灰度值平均值，所有的行投影平均值和列投影平均值均可表示为一条曲线，有缺陷的地方灰度平均值会发生突变。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S₄包括：

S₁₂、为提高绝对相位解包裹的精度采用时间相位进行相位展开，时间相位展开时每个点的相位独立展开，避免误差传播，因此可以精确测量不连续的区域，有利于算法并行处理适用于高速检测领域；

S₁₃、利用四步相移法计算出不同空间频率下的主键相位，时间轴上按照频率由低到高依次进行解包裹，垂直投影的x方向的相位分布为：

其中，f为频率，W为投影图案的长度，ω为W长度内出现的条纹数目

若f=1则沿x方向的相位分布范围是（-π，π），因此解包裹相位和主键相位一致：

其中，u表示解包裹相位

若f₂=kf₁(k1)，则相位解包裹可表示为：

因此，可通过条纹反射得到绝对相位分布图，再根据缺陷在相位分布图中产生的突变检测缺陷，缺陷一般表现为表面上梯度剧烈变化的区域。