为了通过结构光投影的方法测量微小物体, 构建了一套微小物体三维形貌测量系统, 视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小, 再投影到待测物体表面, 采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹, 利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图, 再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布, 重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明, 系统测量精度达到11 μm, 系统的有效深度测量范围为700 μm。

减少条纹投影轮廓术的条纹图数量一直是本领域的研究热点。传统的时间相位解包裹算法, 一般需要额外的条纹信息来确定条纹级次, 导致条纹图数量过多。提出一种用于三维测量的快速相位解包裹算法, 只需要N步标准相移正弦条纹图, 就可以完成绝对相位的计算。首先, 利用标准相移算法计算包裹相位和消除背景的掩膜; 然后, 直接利用包裹相位和掩膜, 根据连通域标记算法计算条纹级次, 进而求得绝对相位。该方法最少只需3幅条纹图, 就可以完成三维测量, 数据处理速度快。计算机仿真和实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。