便携式全自动连续变焦显微图像测量装置的制作方法

本发明属于图像测量技术应用领域，特别涉及一种便携式全自动连续变焦显微图像测量装置。

背景技术：

目前实现物体表面微观形貌测量的主要仪器设备有机械触针轮廓仪，光学探针轮廓仪、光学轮廓仪、扫描电子显微镜ESM、扫描隧道显微镜STM及原子力显微镜AFM等。机械触针式轮廓仪的测量范围较广，并具有0.1nm的纵向分辨率和0.2μm 的横向分辨率，但由于触针要在一定的压力下同被测物体表面接触，当测量铝、铜等软金属表面或涂有光刻胶等镀膜物体表面时，往往会在被测表面上形成划痕，这不仅会产生较大的测量误差，而且也影响到被测物体的表面质量。光学探针轮廓仪有着非接触测量的优势，但光学探针轮廓仪在测量物体表面微观形貌时，也需要一套结构非常复杂的高精度机械扫描机构，其测量分辨率仍受机械仪器振动、电路噪声及机械扫描机构的运动误差影响，且由于是逐点扫描，其测量效率也不高。

光学轮廓仪是一种典型的的非接触测量设备， 具有较高的重复性和很好的测量精度。但采用不同测量方法的光学轮廓仪的缺点也很明显，如采用结构光三角测量法时，由于采用的是单个光点或者单条窄光带进行扫描，其测量效率低且对光源要求很高，同时散斑效应严重；采用傅里叶变换轮廓技术时，为避免频域滤波时的频谱混叠，只能测量物体表面形貌起伏较小的情况。SEM的横向分辨率和纵向分辨率能达到2nm和10nm，但目前主要用于物体表面形貌的定性观察，此外，SEM要求工作在真空环境下，操作复杂，测量花费时间长。STM和AFM具有机械和光学测量所无法比拟的超高分辨率，但高分率的同时带来的问题是非常狭窄的测量区域，还有高难度的移动控制，且涉及的技术难题多，对操作环境要求苛刻，这些制约条件都限制了STM和AFM的推广应用。

上述测量仪器设备有一个共同点就是设备是固定式的，与上述实现物体表面微观形貌测量的主要仪器设备相比，便携式全自动连续变焦显微图像测量装置虽然目前尚存在分辨率低的局限性，但针对于工业产品检测、电力系统维护、文物考古测量等诸多适用领域内物体表面微观形貌测量来说，其分辨率已经以经可满足相关技术要求，且便携式全自动连续变焦显微图像测量装置还具有连续性自动变焦、携带方便、操作简单，图像可在一定范围内无线传输等优点。

专利公开号为“CN101050949A”的中国专利公开了一种大视场物体微观表面形貌的测量系统，该专利基于相移干涉技术，不具有便携式全自动连续变焦显微图像测量装置的所有优点。专利公开号为“CN1971253A”的中国专利公开了一种数字全息显微测量装置，基于数字显微全息技术，适用于测量透明物体，如活体细胞、相位物质的显微结构等，不具有便携式全自动连续变焦显微图像测量装置易于携带、全自动、连续变焦、图像无线传输的优点。

技术实现要素：

本发明装置的目的在于针对已有设备和技术的缺陷，提供一种便携式全自动连续变焦显微图像测量装置，其可用于实现对物体表面微观形貌测量的全数字记录，并利用图像融合技术、三维模型重构技术和三维模型拼接技术的软件算法生成全清晰、高精度的图像，并从中提取被测物的表面参数，提高了测量效率，提升了测量的自动化程度，具有便携性好、全自动、连续变焦、图像可实现无线传输的优点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种便携式全自动连续变焦显微图像测量装置，其特征在于，其由一个图像信息采集与发送系统、一个图像接收与处理系统和照明系统组成，所述图像信息采集与发送系统包括镜头保护架、镜头模块、连接架、图像信息采集与发送模块、电池；所述镜头保护架与镜头模块的后半部分同轴安装，内部空心，对内部的可伸缩镜头起到保护作用，所述镜头模块包括前半部分的可伸缩镜头和后半部分的固定镜头，通过可伸缩镜头的左右移动调整内部两片镜片之间的距离以获得不同的焦距组合；所述连接架利用螺纹连接镜头模块和图像信息采集与发送模块；所述图像信息采集与发送模块由电荷耦合器件CCD（Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件）、图像无线传输模块组成；所述电池连接在图像信息采集与发送模块的右边，采用可拆卸的锂电池；所述电池外壳上连接拍摄启动按钮，用以启动测量装置进行图像序列的采集；所述连接架、图像信息采集与发送模块、电池组成可握持的手柄；所述图像接收及处理系统由图像无线接收模块和计算机组成；所述照明系统包括光源、第二反射镜、偏振片，所述光源发出的照明光通过第二反射镜、偏振片对光的过滤处理后进入镜头模块，再通过一片第一反射镜对被测视场内的区域形成同轴照明。

优选地，所述镜头保护架搭靠在一个被测工件上，所述镜头模块的前半可伸缩部分对被测工件进行测量，所述镜头模块内部安装着镜片组；所述照明系统连接在镜头模块后半固定部分的上方，所述照明系统的光源发出照明光，光束通过第二反射镜的反射和偏振器的过滤，到达镜头模块内部的第一反射镜，通过第一反射镜对被测视场内的区域形成同轴照明；所述镜头模块右边连接着连接架，所述连接架右边与图像信息采集与发送模块相连，照射在物体上的光束经过反射到达电荷耦合器件CCD，所述电荷耦合器件CCD将所采集到的图像通过无线发送模块进行发送；所述图像信息采集与发送模块和电池相连；所述无线接收模块接收无线发送模块发出的图像信息；所述无线接收模块连接着计算机。

优选地，所述镜头模块与一个后行程开关挡圈、一个微型超声波马达、一个传动系统支架、一个镜头支架、一个前行程开关挡圈、一个微型齿轮单元构成镜头驱动系统，所述传动系统支架固定在镜头模块后半固定部分，所述微型齿轮单元与传动系统支架相固定，所述微型超声波马达安装在微型齿轮单元上，通过精确控制超声波马达的转速、转角，再通过微型齿轮单元的传动，带动镜头模块前半可伸缩部分旋转，利用螺纹传动实现前后直线移动，达到对被测工件对焦、自动连续变焦等操作的目的，所述镜头支架与镜头保护架相固定，所述镜头模块前半可伸缩部分可在镜头支架中来回滑动，防止镜头伸出部分太长产生测量偏差，所述后行程开关挡圈、前行程开关挡圈固定在镜头模块前半可伸缩部分上，对镜头模块前半可伸缩部分进行位置限制，防止镜头撞上被测工件或者滑出传动系统支架。

本发明与现有技术相比较，具有以下实质性特点和优点：一、传统测量仪器设备有一个共同点就是设备是固定式的，本发明装置能够很方便的进行携带；二、该测量装置能实现一键启动后全自动操作，极大提高了测量效率；三、该测量装置能够实现一键启动后自动连续变焦，对视场范围内的区域连续成像，自动得到一系列相关联的图像序列；四、采集得到的图像可在一定范围内无线传输，避免现场测量时需要大量的辅助设备，极大方便了图像采集。

附图说明

图1是便携式全自动连续变焦显微图像测量装置的结构示意图。

图2是本发明镜头驱动系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施作详细说明。

如图1所示，本发明便携式全自动连续变焦显微图像测量装置由一个图像信息采集与发送系统、一个图像接收与处理系统和照明系统组成，所述图像信息采集与发送系统包括镜头保护架2、镜头模块3、连接架9、图像信息采集与发送模块12、电池14；所述镜头保护架2与镜头模块3的后半部分同轴安装，内部空心，对内部的可伸缩镜头起到保护作用，所述镜头模块3包括前半部分的可伸缩镜头和后半部分的固定镜头，通过可伸缩镜头的左右移动调整内部两片镜片之间的距离以获得不同的焦距组合；所述连接架9利用螺纹连接镜头模块3和图像信息采集与发送模块12；所述图像信息采集与发送模块12由电荷耦合器件CCD10、图像无线传输模块11组成；所述电池14连接在图像信息采集与发送模块12的右边，采用可拆卸的锂电池；所述电池14外壳上连接拍摄启动按钮13，用以启动测量装置进行图像序列的采集；所述连接架9、图像信息采集与发送模块12、电池14组成可握持的手柄；所述图像接收及处理系统由图像无线接收模块15和计算机16组成；所述照明系统包括光源8、第二反射镜7、偏振片6，所述光源发出的照明光通过第二反射镜7、偏振片6对光的过滤处理后进入镜头模块，再通过一片第一反射镜5对被测视场内的区域形成同轴照明。

所述镜头保护架2搭靠在一个被测工件1上，所述镜头模块的前半可伸缩部分对被测工件1进行测量，所述镜头模块3内部安装着镜片组4；所述照明系统连接在镜头模块3后半固定部分的上方，所述照明系统的光源8发出照明光，光束通过第二反射镜7的反射和偏振器6的过滤，到达镜头模块3内部的第一反射镜5，通过第一反射镜5对被测视场内的区域形成同轴照明；所述镜头模块3右边连接着连接架4，所述连接架4右边与图像信息采集与发送模块12相连，照射在物体上的光束经过反射到达电荷耦合器件CCD10，所述电荷耦合器件CCD10将所采集到的图像通过无线发送模块11进行发送；所述图像信息采集与发送模块12和电池14相连；所述无线接收模块15接收无线发送模块11发出的图像信息；所述无线接收模块15连接着计算机16。

如图2所示，所述镜头模块3与一个后行程开关挡圈17、一个微型超声波马达18、一个传动系统支架19、一个镜头支架20、一个前行程开关挡圈21、一个微型齿轮单元22构成镜头驱动系统，所述传动系统支架19固定在镜头模块3后半固定部分，所述微型齿轮单元22与传动系统支架19相固定，所述微型超声波马达18安装在微型齿轮单元22上，通过精确控制超声波马达的转速、转角，再通过微型齿轮单元的传动，带动镜头模块3前半可伸缩部分旋转，利用螺纹传动实现前后直线移动，达到对被测工件1对焦、自动连续变焦等操作的目的，所述镜头支架20与镜头保护架2相固定，所述镜头模块3前半可伸缩部分可在镜头支架20中来回滑动，防止镜头伸出部分太长产生测量偏差，所述后行程开关挡圈17、前行程开关挡圈21固定在镜头模块3前半可伸缩部分上，对镜头模块3前半可伸缩部分进行位置限制，防止镜头撞上被测工件1或者滑出传动系统支架19。

本发明可用于实现对物体表面微观形貌的连续变焦测量和全数字记录，步骤为手持设备将镜头保护架搭靠在被测工件上，通过可伸缩镜头对视场内物体表面进行自动对焦、自动连续变焦，电荷耦合器件CCD采集得到变焦图像序列，无线传送至计算机进行图像处理，生成被测物体的二维高清图像和三维模型，从三维模型上提取表面参数。本发明对被测物体表面进行全自动、连续变焦测量，并生成三维全景模型，便携性高，测量速度快，自动化程度高。