本發(fā)明屬于圖像測量技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置。

背景技術(shù)：

目前實現(xiàn)物體表面微觀形貌測量的主要儀器設(shè)備有機(jī)械觸針輪廓儀，光學(xué)探針輪廓儀、光學(xué)輪廓儀、掃描電子顯微鏡ESM、掃描隧道顯微鏡STM及原子力顯微鏡AFM等。機(jī)械觸針式輪廓儀的測量范圍較廣，并具有0.1nm的縱向分辨率和0.2μm 的橫向分辨率，但由于觸針要在一定的壓力下同被測物體表面接觸，當(dāng)測量鋁、銅等軟金屬表面或涂有光刻膠等鍍膜物體表面時，往往會在被測表面上形成劃痕，這不僅會產(chǎn)生較大的測量誤差，而且也影響到被測物體的表面質(zhì)量。光學(xué)探針輪廓儀有著非接觸測量的優(yōu)勢，但光學(xué)探針輪廓儀在測量物體表面微觀形貌時，也需要一套結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的高精度機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)，其測量分辨率仍受機(jī)械儀器振動、電路噪聲及機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)的運(yùn)動誤差影響，且由于是逐點掃描，其測量效率也不高。

光學(xué)輪廓儀是一種典型的的非接觸測量設(shè)備， 具有較高的重復(fù)性和很好的測量精度。但采用不同測量方法的光學(xué)輪廓儀的缺點也很明顯，如采用結(jié)構(gòu)光三角測量法時，由于采用的是單個光點或者單條窄光帶進(jìn)行掃描，其測量效率低且對光源要求很高，同時散斑效應(yīng)嚴(yán)重；采用傅里葉變換輪廓技術(shù)時，為避免頻域濾波時的頻譜混疊，只能測量物體表面形貌起伏較小的情況。SEM的橫向分辨率和縱向分辨率能達(dá)到2nm和10nm，但目前主要用于物體表面形貌的定性觀察，此外，SEM要求工作在真空環(huán)境下，操作復(fù)雜，測量花費(fèi)時間長。STM和AFM具有機(jī)械和光學(xué)測量所無法比擬的超高分辨率，但高分率的同時帶來的問題是非常狹窄的測量區(qū)域，還有高難度的移動控制，且涉及的技術(shù)難題多，對操作環(huán)境要求苛刻，這些制約條件都限制了STM和AFM的推廣應(yīng)用。

上述測量儀器設(shè)備有一個共同點就是設(shè)備是固定式的，與上述實現(xiàn)物體表面微觀形貌測量的主要儀器設(shè)備相比，便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置雖然目前尚存在分辨率低的局限性，但針對于工業(yè)產(chǎn)品檢測、電力系統(tǒng)維護(hù)、文物考古測量等諸多適用領(lǐng)域內(nèi)物體表面微觀形貌測量來說，其分辨率已經(jīng)以經(jīng)可滿足相關(guān)技術(shù)要求，且便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置還具有連續(xù)性自動變焦、攜帶方便、操作簡單，圖像可在一定范圍內(nèi)無線傳輸?shù)葍?yōu)點。

專利公開號為“CN101050949A”的中國專利公開了一種大視場物體微觀表面形貌的測量系統(tǒng)，該專利基于相移干涉技術(shù)，不具有便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置的所有優(yōu)點。專利公開號為“CN1971253A”的中國專利公開了一種數(shù)字全息顯微測量裝置，基于數(shù)字顯微全息技術(shù)，適用于測量透明物體，如活體細(xì)胞、相位物質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)等，不具有便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置易于攜帶、全自動、連續(xù)變焦、圖像無線傳輸?shù)膬?yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明裝置的目的在于針對已有設(shè)備和技術(shù)的缺陷，提供一種便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置，其可用于實現(xiàn)對物體表面微觀形貌測量的全數(shù)字記錄，并利用圖像融合技術(shù)、三維模型重構(gòu)技術(shù)和三維模型拼接技術(shù)的軟件算法生成全清晰、高精度的圖像，并從中提取被測物的表面參數(shù)，提高了測量效率，提升了測量的自動化程度，具有便攜性好、全自動、連續(xù)變焦、圖像可實現(xiàn)無線傳輸?shù)膬?yōu)點。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置，其特征在于，其由一個圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)、一個圖像接收與處理系統(tǒng)和照明系統(tǒng)組成，所述圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)包括鏡頭保護(hù)架、鏡頭模塊、連接架、圖像信息采集與發(fā)送模塊、電池；所述鏡頭保護(hù)架與鏡頭模塊的后半部分同軸安裝，內(nèi)部空心，對內(nèi)部的可伸縮鏡頭起到保護(hù)作用，所述鏡頭模塊包括前半部分的可伸縮鏡頭和后半部分的固定鏡頭，通過可伸縮鏡頭的左右移動調(diào)整內(nèi)部兩片鏡片之間的距離以獲得不同的焦距組合；所述連接架利用螺紋連接鏡頭模塊和圖像信息采集與發(fā)送模塊；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊由電荷耦合器件CCD（Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件）、圖像無線傳輸模塊組成；所述電池連接在圖像信息采集與發(fā)送模塊的右邊，采用可拆卸的鋰電池；所述電池外殼上連接拍攝啟動按鈕，用以啟動測量裝置進(jìn)行圖像序列的采集；所述連接架、圖像信息采集與發(fā)送模塊、電池組成可握持的手柄；所述圖像接收及處理系統(tǒng)由圖像無線接收模塊和計算機(jī)組成；所述照明系統(tǒng)包括光源、第二反射鏡、偏振片，所述光源發(fā)出的照明光通過第二反射鏡、偏振片對光的過濾處理后進(jìn)入鏡頭模塊，再通過一片第一反射鏡對被測視場內(nèi)的區(qū)域形成同軸照明。

優(yōu)選地，所述鏡頭保護(hù)架搭靠在一個被測工件上，所述鏡頭模塊的前半可伸縮部分對被測工件進(jìn)行測量，所述鏡頭模塊內(nèi)部安裝著鏡片組；所述照明系統(tǒng)連接在鏡頭模塊后半固定部分的上方，所述照明系統(tǒng)的光源發(fā)出照明光，光束通過第二反射鏡的反射和偏振器的過濾，到達(dá)鏡頭模塊內(nèi)部的第一反射鏡，通過第一反射鏡對被測視場內(nèi)的區(qū)域形成同軸照明；所述鏡頭模塊右邊連接著連接架，所述連接架右邊與圖像信息采集與發(fā)送模塊相連，照射在物體上的光束經(jīng)過反射到達(dá)電荷耦合器件CCD，所述電荷耦合器件CCD將所采集到的圖像通過無線發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊和電池相連；所述無線接收模塊接收無線發(fā)送模塊發(fā)出的圖像信息；所述無線接收模塊連接著計算機(jī)。

優(yōu)選地，所述鏡頭模塊與一個后行程開關(guān)擋圈、一個微型超聲波馬達(dá)、一個傳動系統(tǒng)支架、一個鏡頭支架、一個前行程開關(guān)擋圈、一個微型齒輪單元構(gòu)成鏡頭驅(qū)動系統(tǒng)，所述傳動系統(tǒng)支架固定在鏡頭模塊后半固定部分，所述微型齒輪單元與傳動系統(tǒng)支架相固定，所述微型超聲波馬達(dá)安裝在微型齒輪單元上，通過精確控制超聲波馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，再通過微型齒輪單元的傳動，帶動鏡頭模塊前半可伸縮部分旋轉(zhuǎn)，利用螺紋傳動實現(xiàn)前后直線移動，達(dá)到對被測工件對焦、自動連續(xù)變焦等操作的目的，所述鏡頭支架與鏡頭保護(hù)架相固定，所述鏡頭模塊前半可伸縮部分可在鏡頭支架中來回滑動，防止鏡頭伸出部分太長產(chǎn)生測量偏差，所述后行程開關(guān)擋圈、前行程開關(guān)擋圈固定在鏡頭模塊前半可伸縮部分上，對鏡頭模塊前半可伸縮部分進(jìn)行位置限制，防止鏡頭撞上被測工件或者滑出傳動系統(tǒng)支架。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下實質(zhì)性特點和優(yōu)點：一、傳統(tǒng)測量儀器設(shè)備有一個共同點就是設(shè)備是固定式的，本發(fā)明裝置能夠很方便的進(jìn)行攜帶；二、該測量裝置能實現(xiàn)一鍵啟動后全自動操作，極大提高了測量效率；三、該測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵啟動后自動連續(xù)變焦，對視場范圍內(nèi)的區(qū)域連續(xù)成像，自動得到一系列相關(guān)聯(lián)的圖像序列；四、采集得到的圖像可在一定范圍內(nèi)無線傳輸，避免現(xiàn)場測量時需要大量的輔助設(shè)備，極大方便了圖像采集。

附圖說明

圖1是便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明鏡頭驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施作詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置由一個圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)、一個圖像接收與處理系統(tǒng)和照明系統(tǒng)組成，所述圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)包括鏡頭保護(hù)架2、鏡頭模塊3、連接架9、圖像信息采集與發(fā)送模塊12、電池14；所述鏡頭保護(hù)架2與鏡頭模塊3的后半部分同軸安裝，內(nèi)部空心，對內(nèi)部的可伸縮鏡頭起到保護(hù)作用，所述鏡頭模塊3包括前半部分的可伸縮鏡頭和后半部分的固定鏡頭，通過可伸縮鏡頭的左右移動調(diào)整內(nèi)部兩片鏡片之間的距離以獲得不同的焦距組合；所述連接架9利用螺紋連接鏡頭模塊3和圖像信息采集與發(fā)送模塊12；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊12由電荷耦合器件CCD10、圖像無線傳輸模塊11組成；所述電池14連接在圖像信息采集與發(fā)送模塊12的右邊，采用可拆卸的鋰電池；所述電池14外殼上連接拍攝啟動按鈕13，用以啟動測量裝置進(jìn)行圖像序列的采集；所述連接架9、圖像信息采集與發(fā)送模塊12、電池14組成可握持的手柄；所述圖像接收及處理系統(tǒng)由圖像無線接收模塊15和計算機(jī)16組成；所述照明系統(tǒng)包括光源8、第二反射鏡7、偏振片6，所述光源發(fā)出的照明光通過第二反射鏡7、偏振片6對光的過濾處理后進(jìn)入鏡頭模塊，再通過一片第一反射鏡5對被測視場內(nèi)的區(qū)域形成同軸照明。

所述鏡頭保護(hù)架2搭靠在一個被測工件1上，所述鏡頭模塊的前半可伸縮部分對被測工件1進(jìn)行測量，所述鏡頭模塊3內(nèi)部安裝著鏡片組4；所述照明系統(tǒng)連接在鏡頭模塊3后半固定部分的上方，所述照明系統(tǒng)的光源8發(fā)出照明光，光束通過第二反射鏡7的反射和偏振器6的過濾，到達(dá)鏡頭模塊3內(nèi)部的第一反射鏡5，通過第一反射鏡5對被測視場內(nèi)的區(qū)域形成同軸照明；所述鏡頭模塊3右邊連接著連接架4，所述連接架4右邊與圖像信息采集與發(fā)送模塊12相連，照射在物體上的光束經(jīng)過反射到達(dá)電荷耦合器件CCD10，所述電荷耦合器件CCD10將所采集到的圖像通過無線發(fā)送模塊11進(jìn)行發(fā)送；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊12和電池14相連；所述無線接收模塊15接收無線發(fā)送模塊11發(fā)出的圖像信息；所述無線接收模塊15連接著計算機(jī)16。

如圖2所示，所述鏡頭模塊3與一個后行程開關(guān)擋圈17、一個微型超聲波馬達(dá)18、一個傳動系統(tǒng)支架19、一個鏡頭支架20、一個前行程開關(guān)擋圈21、一個微型齒輪單元22構(gòu)成鏡頭驅(qū)動系統(tǒng)，所述傳動系統(tǒng)支架19固定在鏡頭模塊3后半固定部分，所述微型齒輪單元22與傳動系統(tǒng)支架19相固定，所述微型超聲波馬達(dá)18安裝在微型齒輪單元22上，通過精確控制超聲波馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，再通過微型齒輪單元的傳動，帶動鏡頭模塊3前半可伸縮部分旋轉(zhuǎn)，利用螺紋傳動實現(xiàn)前后直線移動，達(dá)到對被測工件1對焦、自動連續(xù)變焦等操作的目的，所述鏡頭支架20與鏡頭保護(hù)架2相固定，所述鏡頭模塊3前半可伸縮部分可在鏡頭支架20中來回滑動，防止鏡頭伸出部分太長產(chǎn)生測量偏差，所述后行程開關(guān)擋圈17、前行程開關(guān)擋圈21固定在鏡頭模塊3前半可伸縮部分上，對鏡頭模塊3前半可伸縮部分進(jìn)行位置限制，防止鏡頭撞上被測工件1或者滑出傳動系統(tǒng)支架19。

本發(fā)明可用于實現(xiàn)對物體表面微觀形貌的連續(xù)變焦測量和全數(shù)字記錄，步驟為手持設(shè)備將鏡頭保護(hù)架搭靠在被測工件上，通過可伸縮鏡頭對視場內(nèi)物體表面進(jìn)行自動對焦、自動連續(xù)變焦，電荷耦合器件CCD采集得到變焦圖像序列，無線傳送至計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，生成被測物體的二維高清圖像和三維模型，從三維模型上提取表面參數(shù)。本發(fā)明對被測物體表面進(jìn)行全自動、連續(xù)變焦測量，并生成三維全景模型，便攜性高，測量速度快，自動化程度高。