条纹投影相移三维形貌测量技术

近日，中国科技网·科技日报，中国新闻网等媒体报道合肥工业大学仪器科学与光电工程学院卢荣胜教授科研团队提出了一种全新的反向误差补偿方法，实现了物体三维形貌测量的精度和效率的大幅提升，成果刊发于日前出版的权威学术期刊《光学学报》第四期上，并入选当期封面故事和优秀论文。

条纹投影相移三维形貌测量技术，主要使用数字投影仪将条纹投射至被测物体表面，经图像传感器采集被物体调制的条纹图像后获取每个像素组成的主值（包裹）相位图和解包裹相位图，计算获得被测物体的三维形貌信息。目前普遍采用的主动、被动和反向三种相位误差补偿方法，各自存在着精度仍受系统参数、标定方法和使用环境影响等不足。测量过程中易发生相位解包裹困难、测量精度降低、物体形貌的细节被掩盖或信息丢失等情况。

科研人员研究发现，在向被测物体投影与最高频率相同且具有一定相移量的补偿相移条纹时，获得的两幅主值相位图中相位误差存在大小相等、方向相反的特性。利用这一特性，该团队创新性地提出了一种在主值相位图中进行相位误差补偿，并结合多频相移获得绝对相位的反向误差补偿方法。该方法仅需要多投射一幅与最高频率相同的补偿条纹图，通过反向互抵消除系统非线性误差，获得高精度的绝对相位值，无需提前标定系统的相位误差，在大幅提升测量精度的同时，显著缩短了测量时间。

被测物体照片（图1） 主值相位图（图2）

误差补偿后正面绝对相位恢复图 （图3）

利用两幅主值相位图中的相位误差值大小相等、符号相反的特性，通过叠加互抵获得高精度的绝对相位值。

局部俯视方向误差补偿前相位图（光滑性较差）

上图误差补偿后的效果（表面光滑）

实验结果表明，该方法解决了被测物体表面有空洞、阶梯状、阴影或者空间不连续导致的相位跳变难题，避免了物体复杂轮廓可能导致的高频条纹极数混跌。在测量环境发生变化时，不再需要对测量系统进行重新标定，在测量过程中不易受环境因素干扰，从而大幅提升了测量效率。

据介绍，这一成果将在智能制造、逆向工程、生物医疗等领域具有广阔应用前景。目前，该成果已经应用于6代线和8.5代线等高世代大面积液晶与滤光片基板玻璃表面不平整度的快速检测。