数字图像处理在三维轮廓形貌测量中的应用.docx

数字图像处理在三维轮廓形貌测量中的应用王缓缓,杨玲,刘泊,潘传红(哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,哈尔滨150080)摘要:在阐述移相干涉法测量物体三维轮廓基本原理的基础上,对测得的干涉图像进行预处理,并根据条纹扫描波面位相实时检测的数学模型对处理的图像进行计算和高通滤波后,得到了高精表面粗糙度样块的三维轮廓形貌,很好的解决了表面粗糙度三维测量的问题。关键词:图像处理;干涉条纹;移相;三维轮廓形貌Applicationofdigitalimageprocessingtechnologyin3-DtopographymeasurementWANGHuan2huan,YANGLing,LIUBo,PANChuan2hong(CollegeofMeasure-ControlTechnologyandCommunicationEngineering,HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150080,China)Abstract:Onthebaseofexpatiatingthetheoryofobject3-Doutlinemeasurementbythephase-shiftinginterferometermethod,thispapergivesapretreatmenttotheinterferograms.Andthen,theimageisprocessedbyaseriesofmeans,suchascompute,highpassfilter,etc,whichisbasedonamathematicmodel.Thismodelisobtainedbyactivedetectingofthephaseofwavewhichisscannedbyfringes.Atlast,the3-Dto2pographyofhigh-precioussurfaceroughnesssampleisobtained,andtheproblemofthe3-Dmeasurementofthesurfaceroughnessissolvedsuccessfully.Keywords:imageprocessing;interferencefringe;phase-shifting;3-Doutlinetopography机软件,可对光学图像进行各种滤波处理及分析,获得所需的被测物体的特征数据,并进行实时显示。0引言移相干涉法三维形貌测量技术具有测量速度1移相干涉法的基本原理图1为步进相移干涉术原理图。激光作为照明快、分辨率高、非接触、适应性强、自动化程度高、成本低廉等优点,因此在逆向工程、计算机辅助设计、数控加工技术、工业快速成型、产品质量检测、人体测量、医学诊断、以及建筑、桥梁、隧道等大型基础设施检测等诸多领域获得了广泛的应用。近年来,半导体工业的进一步发展及信息化步伐的不断加快,表面瑕疵检测、MFMS器件的检测、数字博物馆立体照相馆、影视广告技术、虚拟现实等又为该技术开拓了广阔的应用空间,同时也对其提出了更高的要图1步进相移干涉术原理光源,经扩束器扩展为平行光,分束器将该平行光分为测量光束与参考光束两部分。两路光分别经待测求1-2。数字图像处理技术的应用是光学检测物体三维形貌的必要手段。尤其是在条纹稀少,条纹清晰度差,存在背景噪音,激光器光强分部不均匀且需处理一系列干涉图的场合3。该技术利用图像传感器和计算—40—收稿日期:2006-10-09作者简介:王缓缓(1980-),女,哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院在读硕士研究生。研究方向为数字图像处理。r=1):I(x,y,lt)物及参考镜反射后在干涉场发生干涉,形成干涉条纹。从图1中看出,该干涉条纹受被测物表面形状的调制而发生了变形。驱动电路驱动参考镜产生几分之一波长量级的光程变化,以改变参考相位,并产生时间序列上的多幅干涉图。参考镜被压电晶体驱动按正弦波产生移动或振动,其瞬时位移为lt,被检表面的面形为w(x,y),则参考波面为:(8)=a0+a1cos2klt+b1sin2klt22=2abcos2kw(x,y),b1=式中:a0=a+b,a12absin2kw(x,y)。为便于对干涉场内多个数据点采样,使l作分立阶梯式变化。因为l每变化λ/2,条纹亮暗变化一周期。设一个周期内l的阶梯变化数为n,也即l变化一个条纹周期对每个场点采样n次,其采样值为:w1=a·exp[i2k(s+被检光路波面为:lt)](1)I(x,y,li)=a0+a1cos2kli+b1sin2kliλli=·i(9)2nw2=b·exp{i2k[s+w(x,y)]}(2)根据三角函数的正交性关系,可求出傅里叶级数的各个系数,即:式中:a,b为两