显微三维测量的技术及应用

　　1 引言

　　立体显微镜[1 ]是近年来出现的依靠人眼进行观察获取到的图像并进行判断的一种显微镜系统。广泛应用于电子、机械、刑侦、生物领域。目前所使用的立体显微镜, 通过对显微镜获取的二维灰度或彩色图像进行鉴别、比较等检验工作。众所周知,二维图像的采集受照明光源的强度、亮度、打光方向等因素的影响很大, 甚至会影响检验结果的真实性。为观测及测量工作带来诸多不便。目前,计算机视觉技术[2] [3]已广泛应用在大尺寸的观察和测量领域,如汽车工业、机器人导航等。随着人类观察物质世界向着微米、纳米尺度迈进,计算机视觉技术也逐渐从大尺寸向微小尺寸拓展。

　　本文提出将基于四步相移[4] [5]的计算机视觉技术应用在光学立体显微镜上,对一些微小物体进行观测和测量,并能获取深度信息,从而用简便、经济的手段进行微小物体的三维测量,并列举一些目前应用的实例。

　　2 系统原理

　　本系统将四步相移加编码方法和三维传感技术相结合,即投影仪将计算机产生的正弦强度光栅条纹投射于被测物上,此投射条纹将会因被测物表面的深度变化而产生变形,CCD 采集被测客体的位图(bmp 格式),利用相移技术以及相位重建技术对采集回来的位图上的每一个象素点计算求得相对应点的三维数据信息(dat 格式)。进而重建出被测物的表面轮廓。

　　3 系统组成及特点

　　本系统主要由计算机、显微条纹投影仪、CCD单筒显微镜及三维测量软件组成。显微条纹投影仪的投影部分及CCD 的光学成像部分均采用可变倍率的镜头,这样便可以适用于不同大小视场的测量工作。其特点是:

　　1、非接触式测量,不会对被测客体造成任何伤害。

　　2、变视场的全场式测量 + 点位测量。

　　3、高速度测量。

　　4、高清晰度的二维图像 + 高精度的三维数据。

　　4 应用实例

　　4.1 枪弹痕迹

　　大多数枪械都有来复线, 即枪管内壁的螺旋形凹槽。凹槽之间未经镗削的部分称为“膛线”。这些来复线使射出的子弹发生旋转, 靠陀螺原理来克服空气阻气,使弹头不断向前飞去,保证其稳定地向前飞行,极大地提高射击的精度和射程。由于各家工厂生产的枪械的来复线各不相同,根据来复线的凹槽数量和相对宽度以及旋转方向,就可以确定该枪械的式样。同时,尽管同一台机器要为许多支枪管镗削来复线,但切割凹槽的刀具会慢慢地受到磨损,因此会造成枪管凹槽底部出现微小的瑕疵。对于每一支枪来说,这些微小的瑕疵出现的部位、形状都是不一样的。当子弹穿过枪管时,膛线和凹槽中的微小瑕疵都会在弹头上产生与凹槽相平行的刮痕。