上海光機所將時域散斑技術(shù)運用于大尺寸光學元件測量

　　【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中國科學院上海光學精密機械研究所信息光學與光電技術(shù)實驗室周常河課題組近期將雙目測量和時域散斑技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于300mm口徑大尺寸透鏡毛坯測量，成功重建出透鏡毛坯表面的三維形貌。該方法實現(xiàn)了大尺寸透鏡的快速、低成本測量，相關(guān)成果發(fā)表在Optics Express 27,10898(2019)上。
 

 

雙目三維測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
 

　　大尺寸光學元件，尤其是非球面元件，被廣泛運用在大型激光裝置，例如“神光”II綜合實驗激光裝置中。在元件的生產(chǎn)過程中，表面檢測至關(guān)重要。在透鏡毛坯的粗研磨階段，主要檢測設(shè)備是三坐標測量機。三坐標測量機的測量精度很高，但是這種逐點測量方式的效率低，尤其是在測量大尺寸(例如米級)透鏡毛坯時，大型三坐標測量機價格昂貴，且不易移動，不便于使用。
 

　　該課題組提出，用雙目光學三維測量方法重建透鏡粗毛坯的表面。雙目視覺原理類似于人眼的三維感知。左右兩個不同位置不同角度放置的攝像機，同步拍攝毛坯表面圖像，經(jīng)過同源點匹配和視差計算，可以用三角法對毛坯表面進行三維重構(gòu)。但是，由于透鏡毛坯強散射特性，基于空域的結(jié)構(gòu)光編碼方法會出現(xiàn)解碼誤差。課題組提出用時域散斑技術(shù)進行時域方向的編碼，實驗中順序投影20幅帶通隨機數(shù)字散斑圖像，對于每個像素點，都有一個20維度的編碼。通過比較左右待匹配點碼值之間的漢明距，可以在極線方向?qū)ふ业酵袋c對。另一方面，偏振技術(shù)被運用于消除透鏡毛坯的多次反射問題。終，全場的三維點云數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)被成功重建出。
 

　　相對于三坐標測量機，該方法實現(xiàn)了透鏡毛坯表面的快速、全場、低成本的三維測量，是一個很有前景的測量方法，尤其是對米級尺寸的透鏡毛坯測量具有重要的應(yīng)用價值。
 

　　該項研究成果得到中科院前沿科學重點研究項目、上海市科委專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺項目、上海市自然科學基金項目的支持。
 

　　(原文標題：上海光機所將時域散斑技術(shù)運用于大尺寸光學元件測量)