本發(fā)明涉及掃描技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種紋理掃描機(jī)。

背景技術(shù)：

三維自然紋理主要指各種木材紋理、皮革紋理、甚至是人工的油畫紋理等。立體印刷即是將這些三維自然紋理高保真的印刷在壁紙、墻紙、家具貼紙、瓷磚和紡織服裝制品上。作為平面印刷的升級(jí)產(chǎn)業(yè)，立體印刷的市場(chǎng)需求大，生產(chǎn)利潤(rùn)高，是現(xiàn)代化的高精尖產(chǎn)業(yè)。由于立體印刷對(duì)于細(xì)節(jié)要求更加豐富，因此對(duì)于三維自然紋理的數(shù)據(jù)輸入要求很高，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，提高x、y方向的點(diǎn)陣分辨率和z方向的測(cè)量精度十分重要。

目前基于激光三角法的線結(jié)構(gòu)激光測(cè)量是三維(Three Dimensions，3D)測(cè)量領(lǐng)域中較為常用的一種技術(shù)，通過投射一束線結(jié)構(gòu)激光到樣品平面，該束線結(jié)構(gòu)激光形成的光平面與樣品相交成一光條，利用攝像機(jī)拍攝光條圖像，提取光條圖像的像素坐標(biāo)，按照一定的算法，反求對(duì)應(yīng)光條中光條點(diǎn)在空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，即可得到被測(cè)樣品的高度數(shù)據(jù)。對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行掃描時(shí)，除了獲取被測(cè)樣品的高度數(shù)據(jù)外，被測(cè)樣品的圖案顏色，也是進(jìn)行立體印刷的重要因素。但是想要獲取被測(cè)樣品的彩色圖像，必須重新設(shè)置攝像機(jī)的采集模式，并重新進(jìn)行整個(gè)掃描過程，從而獲得彩色圖像。傳統(tǒng)方式中，要獲取被測(cè)樣品的高度圖像和彩色圖像需要進(jìn)行兩次掃描流程，影響了測(cè)量的速度和效率。

可見，如何能夠高效的獲取被測(cè)樣品的高度圖像和彩色圖像，從而提高測(cè)量效率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種紋理掃描機(jī)，能夠高效的獲取被測(cè)樣品的高度圖像和彩色圖像，提高了測(cè)量的效率，并且可以對(duì)高度圖像和彩色圖像進(jìn)行相關(guān)處理，實(shí)現(xiàn)高度圖像和彩色圖像的匹配。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種紋理掃描機(jī)，包括：光譜共焦位移傳感器探頭1，光譜共焦位移傳感器2，彩色線陣相機(jī)3和計(jì)算機(jī)4：

所述光譜共焦位移傳感器探頭1用于掃描被測(cè)樣品，采集所述被測(cè)樣品的高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)；

所述光譜共焦位移傳感器2與所述光譜共焦位移傳感器探頭1連接，所述光譜共焦位移傳感器2用于獲取所述被測(cè)樣品的高度圖像和反射光強(qiáng)圖像；

所述彩色線陣相機(jī)3用于掃描被測(cè)樣品，獲取所述被測(cè)樣品的彩色圖像；

所述計(jì)算機(jī)4分別與所述光譜共焦位移傳感器2和所述彩色線陣相機(jī)3連接，用于獲取所述高度圖像、所述反射光強(qiáng)圖像和所述彩色圖像，并利用所述反射光強(qiáng)圖像與所述彩色圖像的灰度信息進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，實(shí)現(xiàn)所述高度圖像與所述彩色圖像的匹配。

可選的，所述光譜共焦位移傳感器探頭1垂直于所述被測(cè)樣品，調(diào)整所述光譜共焦位移傳感器探頭1與所述被測(cè)樣品的距離，使所述光譜共焦位移傳感器探頭1在所述被測(cè)樣品平面聚焦形成的光斑滿足第一預(yù)設(shè)條件。

可選的，調(diào)整所述彩色線陣相機(jī)3與所述被測(cè)樣品的距離，使所述彩色線陣相機(jī)3在所述被測(cè)樣品平面聚焦形成的光線滿足第二預(yù)設(shè)條件。

可選的，所述計(jì)算機(jī)4包括歸一化預(yù)處理模塊、轉(zhuǎn)換模塊、下采樣處理模塊、獲取模塊和匹配模塊：

所述歸一化預(yù)處理模塊，用于對(duì)所述反射光強(qiáng)圖像進(jìn)行歸一化預(yù)處理，并將所述歸一化預(yù)處理后的反射光強(qiáng)圖像轉(zhuǎn)換為第一灰度圖；

所述轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述彩色圖像轉(zhuǎn)換為第二灰度圖；

所述下采樣處理模塊，用于依據(jù)所述第二灰度圖的分辨率，對(duì)所述第一灰度圖進(jìn)行下采樣處理。

所述獲取模塊，用于獲取所述第一灰度圖的目標(biāo)模板，所述目標(biāo)模板為所述第一灰度圖中灰度值最大點(diǎn)所形成的區(qū)域；

所述匹配模塊，用于計(jì)算所述目標(biāo)模板與所述第二灰度圖的相關(guān)性，找到所述目標(biāo)模板在所述第二灰度圖中的匹配位置。

可選的，所述歸一化預(yù)處理模塊具體用于利用灰度圖轉(zhuǎn)換公式：

將所述歸一化預(yù)處理后的反射光強(qiáng)圖像轉(zhuǎn)換為第一灰度圖，其中，x為反射光強(qiáng)度值，x_min為像素最小反射光強(qiáng)值，x_max為像素最大反射光強(qiáng)值，y為像素灰度值。

可選的，所述轉(zhuǎn)換模塊具體用于利用灰度圖轉(zhuǎn)換公式：

Grayvalue＝(R*299+G*587+B*114+500)/1000

將所述彩色圖像轉(zhuǎn)換為第二灰度圖，其中，Grayvalue表示所述第二灰度圖的灰度值，R、G、B分別為紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色的數(shù)值。

可選的，所述匹配模塊具體用于利用相關(guān)性計(jì)算公式：

計(jì)算所述目標(biāo)模板與所述第二灰度圖的相關(guān)性，其中，f表示所述第二灰度圖，g表示所述目標(biāo)模板，表示相關(guān)性計(jì)算，f^*表示f的共軛復(fù)數(shù)，m₀,n₀分別表示目標(biāo)模板g在行和列上的位移。

可選的，所述匹配模塊具體用于利用卷積運(yùn)算公式：

計(jì)算所述目標(biāo)模板與所述第二灰度圖的相關(guān)性，其中，f表示所述第二灰度圖，g表示所述目標(biāo)模板，表示相關(guān)性計(jì)算，*表示卷積運(yùn)算，g^*[-m,-n]表示g^*[m,n]關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的圖樣，m,n分別表示目標(biāo)模板g在行和列上的位移。

由上述技術(shù)方案可以看出，利用光譜共焦位移傳感器探頭掃描被測(cè)樣品，可以采集到被測(cè)樣品的高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)，光譜共焦位移傳感器與光譜共焦位移傳感器探頭連接，可以獲取到所述被測(cè)樣品的高度圖像和反射光強(qiáng)圖像，在紋理掃描機(jī)中包括有彩色線陣相機(jī)，可以通過掃描被測(cè)樣品，獲取被測(cè)樣品的彩色圖像，可見，通過一次掃描流程，可以同時(shí)獲取到被測(cè)樣品的高度圖像和彩色圖像，提高了測(cè)量的效率?？紤]到高度圖像和彩色圖像可能會(huì)存在不匹配的問題，因此，可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像的灰度信息進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高度圖像與彩色圖像的匹配。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種紋理掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A部位的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下，所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

接下來，詳細(xì)介紹本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種紋理掃描機(jī)。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種紋理掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：光譜共焦位移傳感器探頭1，光譜共焦位移傳感器2，彩色線陣相機(jī)3，計(jì)算機(jī)4，以及X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5，Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6，X、Y軸運(yùn)動(dòng)控制器8，導(dǎo)軌9和旋轉(zhuǎn)固定裝置10，其中標(biāo)號(hào)7所指示的位置可以用于放置被測(cè)樣品。

采用本發(fā)明實(shí)施例提供的所述紋理掃描機(jī)，通過一次掃描流程，可以獲取到被測(cè)樣品的高度圖像和彩色圖像，其中，對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行掃描時(shí)，可以是對(duì)被測(cè)樣品的整體進(jìn)行掃描，也可以根據(jù)具體的要求，對(duì)被測(cè)樣品中指定區(qū)域進(jìn)行掃描，由此獲取的該被測(cè)樣品的高度圖像和彩色圖像即為該被測(cè)樣品中指定區(qū)域所對(duì)應(yīng)的圖像。

根據(jù)被測(cè)樣品需要掃描區(qū)域的大小，可以在計(jì)算機(jī)4中設(shè)定好X方向和Y方向的測(cè)量限位。在本發(fā)明實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)4可以通過運(yùn)動(dòng)控制器8連接X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5和Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6，實(shí)現(xiàn)對(duì)X軸和Y軸的數(shù)字化閉環(huán)協(xié)調(diào)的步進(jìn)控制，系統(tǒng)定位的精度可以達(dá)到5微秒。在進(jìn)行掃描時(shí)，X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5或Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6可以帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)固定裝置10沿導(dǎo)軌9勻速運(yùn)動(dòng)，由于光譜共焦位移傳感器探頭1，光譜共焦位移傳感器2和彩色線陣相機(jī)3安裝于旋轉(zhuǎn)固定裝置10上，故此，可以理解為是X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5或Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3勻速運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)樣品的掃描。

在執(zhí)行一次掃描流程時(shí)，光譜共焦位移傳感器探頭1可以用于掃描被測(cè)樣品，采集所述被測(cè)樣品的高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)，其在X、Y方向的分辨率可以達(dá)到4000點(diǎn)/英寸(Dot Per Inch，DPI)，在Z方向的測(cè)量精度誤差小于5微秒。在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)采集的高度數(shù)據(jù)可以獲取到相應(yīng)的高度圖像。但是為了便于后續(xù)實(shí)現(xiàn)高度圖像與彩色圖像的匹配，光譜共焦位移傳感器探頭1在采集高度數(shù)據(jù)的同時(shí)也會(huì)采集反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)。

光譜共焦位移傳感器2可以通過光纖與光譜共焦位移傳感器探頭1連接，可以獲取到被測(cè)樣品的高度圖像和反射光強(qiáng)圖像。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例并不限定必須使用光譜共焦位移傳感器探頭1和光譜共焦位移傳感器2獲取到高度圖像和反射光強(qiáng)圖像，具有獲取高度圖像和反射光強(qiáng)圖像功能的其他類型傳感器，同樣適用于本發(fā)明實(shí)施例。

所述彩色線陣相機(jī)3用于掃描被測(cè)樣品，獲取所述被測(cè)樣品的彩色圖像。在本發(fā)明實(shí)施例中，彩色線陣相機(jī)3中采用的線陣圖像傳感器具體可以是電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)，即該彩色線陣相機(jī)3可以是彩色線陣CCD相機(jī)。

所述計(jì)算機(jī)4分別與所述光譜共焦位移傳感器2和所述彩色線陣相機(jī)3連接，用于獲取所述高度圖像、所述反射光強(qiáng)圖像和所述彩色圖像，并利用所述反射光強(qiáng)圖像與所述彩色圖像的灰度信息進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，實(shí)現(xiàn)所述高度圖像與所述彩色圖像的匹配。

利用紋理掃描機(jī)對(duì)被測(cè)樣本進(jìn)行掃描之前，需要調(diào)整好光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3的位置。

光譜共焦位移傳感器探頭1垂直于所述被測(cè)樣品，調(diào)整所述光譜共焦位移傳感器探頭1與所述被測(cè)樣品的距離，使所述光譜共焦位移傳感器探頭1在所述被測(cè)樣品平面聚焦形成的光斑滿足第一預(yù)設(shè)條件。

其中，第一預(yù)設(shè)條件可以是對(duì)光斑要求的條件，光譜共焦位移傳感器探頭1可以由光源射出一束寬光譜的復(fù)色光(呈白色)，光譜共焦位移傳感器探頭1與被測(cè)樣品的距離不同，光譜共焦位移傳感器探頭1在該被測(cè)樣品平面聚焦形成的光斑也不盡相同，當(dāng)聚焦形成的光斑最小最亮?xí)r，說明此時(shí)光譜共焦位移傳感器探頭1進(jìn)行掃描獲取的數(shù)據(jù)最為準(zhǔn)確，故此，第一預(yù)設(shè)條件可以設(shè)定為聚焦形成最小最亮的光斑。

調(diào)整所述彩色線陣相機(jī)3與所述被測(cè)樣品的距離，使所述彩色線陣相機(jī)3在所述被測(cè)樣品平面聚焦形成的光線滿足第二預(yù)設(shè)條件。

彩色線陣相機(jī)3在被測(cè)樣品平面聚焦形成的是一條光線，當(dāng)確定好光譜共焦位移傳感器探頭1與被測(cè)樣品的距離后，說明在該距離下掃描時(shí)獲取的數(shù)據(jù)最為準(zhǔn)確，因此，可以參照光譜共焦位移傳感器探頭1與被測(cè)樣品的距離，調(diào)整彩色線陣相機(jī)3的位置，如圖2所示，光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3可以安裝在旋轉(zhuǎn)固定裝置10上，由于光譜共焦位移傳感器探頭1垂直于被測(cè)樣品，因此為了實(shí)現(xiàn)對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行掃描，彩色線陣相機(jī)3的中軸與光譜共焦位移傳感器探頭1的中軸會(huì)成一定的夾角，傾斜入射被測(cè)樣品的平面，具體的，彩色線陣相機(jī)3可以在旋轉(zhuǎn)固定裝置10上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以此調(diào)整彩色線陣相機(jī)3的位置，使得彩色線陣相機(jī)3在被測(cè)樣品平面聚焦形成的一條光線可以經(jīng)過光譜共焦位移傳感器探頭1在該被測(cè)樣品平面聚焦形成的光斑。故此，第二預(yù)設(shè)條件可以設(shè)定為彩色線陣相機(jī)3在被測(cè)樣品平面聚焦形成的光線經(jīng)過光譜共焦位移傳感器探頭1在該被測(cè)樣品平面聚焦形成的光斑。

在開始掃描之前，需要設(shè)置好光譜共焦位移傳感器2的采樣頻率和曝光時(shí)間，調(diào)整彩色線陣相機(jī)3的光圈，曝光時(shí)間和感性區(qū)域，可以根據(jù)具體要求進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，本發(fā)明實(shí)施例在此不做限定。

光譜共焦位移傳感器探頭1掃描時(shí)在被測(cè)樣品平面上形成的是一個(gè)點(diǎn)，根據(jù)X方向和Y方向的測(cè)量限位以及光譜共焦位移傳感器探頭1的分辨率，可以計(jì)算出光譜共焦位移傳感器探頭1在X方向上每掃描一行要采集的點(diǎn)數(shù)，以及Y方向上一共需要掃描的行數(shù)。

彩色線陣相機(jī)3在被測(cè)樣品平面上形成的是一條線，可以依據(jù)彩色線陣相機(jī)3的性能，設(shè)置該條線的長(zhǎng)度，即彩色線陣相機(jī)3的視場(chǎng)。

在開始掃描之前，Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6和X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5可以均位于起始位置，在開始掃描時(shí)，Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6保持不動(dòng)，X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3整體勻速運(yùn)動(dòng)至之前設(shè)定的X方向的測(cè)量限位。

在該運(yùn)動(dòng)過程中，光譜共焦位移傳感器探頭1可以采集每一個(gè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)。具體的，根據(jù)光譜共焦測(cè)量原理，不同的被測(cè)樣品到透鏡的距離，會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)精確波長(zhǎng)的光聚集到該被測(cè)樣品上，通過測(cè)量反射光的波長(zhǎng)，就可以得到該被測(cè)樣品到透鏡的精確距離即高度數(shù)據(jù)；被測(cè)樣品上聚焦的反射光會(huì)在光譜共焦位移傳感器探頭1內(nèi)的CCD感光矩陣上產(chǎn)生一個(gè)明顯的波峰，就可以得到該被測(cè)樣品的反射光強(qiáng)值。彩色線陣相機(jī)3進(jìn)行高速連續(xù)的彩色圖像采集。

當(dāng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3整體勻速運(yùn)動(dòng)至之前設(shè)定的X方向的測(cè)量限位后，需要將光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3運(yùn)動(dòng)到下一行需要掃描的起始位置，以便開始對(duì)下一行的掃描。

本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)于光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3運(yùn)動(dòng)到下一行需要掃描的起始位置的運(yùn)動(dòng)方式不做限定，第一種方式可以是通過X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3回到X軸方向的起始位置，再通過Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3整體運(yùn)動(dòng)至下一行需要掃描的起始位置。第二種方式可以是先通過Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3整體運(yùn)動(dòng)至下一行掃描的位置，再通過X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3回到X軸方向的下一行需要掃描的起始位置。第三種方式可以是直接通過Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3整體運(yùn)動(dòng)至下一行掃描的位置，開始下一行的掃描。

為了后續(xù)方便敘述，本發(fā)明實(shí)施例可以采用第一種方式將光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3運(yùn)動(dòng)到下一行需要掃描的起始位置。參照上述掃描過程，當(dāng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3運(yùn)動(dòng)到下一行需要掃描的起始位置后，Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6保持不動(dòng)，X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3整體勻速運(yùn)動(dòng)至之前設(shè)定的X方向的測(cè)量限位。

需要說明的是，在X方向上一次運(yùn)動(dòng)的過程中，光譜共焦位移傳感器探頭1采集到的是該行的高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)，而彩色線陣相機(jī)3采集到的是一個(gè)矩形區(qū)域的彩色圖像，其中，該矩形區(qū)域的長(zhǎng)度即為彩色線陣相機(jī)3設(shè)置的視場(chǎng)的數(shù)值。故此，當(dāng)彩色線陣相機(jī)3連續(xù)拍攝一行后可以暫停工作，在后續(xù)X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5帶動(dòng)光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3整體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，只讓光譜共焦位移傳感器探頭1進(jìn)行掃描，直至光譜共焦位移傳感器探頭1掃描的行數(shù)的長(zhǎng)度到達(dá)該視場(chǎng)的數(shù)值，彩色線陣相機(jī)3再重新開始工作。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中X軸直線電機(jī)系統(tǒng)5和Y軸直線電機(jī)系統(tǒng)6，也可以是其他類型的電機(jī)，在此不做限定。

以此類推，可以完成對(duì)被測(cè)樣品的掃描，在掃描流程結(jié)束后，可以同時(shí)獲取到一幅高度圖像、一幅反射光強(qiáng)圖像和一幅彩色圖像。

考慮到在光譜共焦位移傳感器探頭1和彩色線陣相機(jī)3進(jìn)行掃描時(shí)分辨率不同，并且掃描區(qū)域存在誤差，從而導(dǎo)致獲取的高度圖像和彩色圖像不匹配。針對(duì)這個(gè)問題，在本發(fā)明實(shí)施例中，可以通過計(jì)算機(jī)4對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行匹配處理。

在本發(fā)明實(shí)施例中可以采用基于圖像的灰度信息實(shí)現(xiàn)高度圖像和彩色圖像的匹配。由于在反射光強(qiáng)圖像中涉及到灰度信息，并且光譜共焦位移傳感器探頭1具有采集反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)的功能，因此，在上述掃描過程中，光譜共焦位移傳感器探頭1在采集高度數(shù)據(jù)的同時(shí)，可以相應(yīng)的采集反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)，以便于進(jìn)行高度圖像和彩色圖像的匹配時(shí)，可以將反射光強(qiáng)圖像作為中間媒介，利用反射光強(qiáng)圖像與彩色圖像的灰度信息進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，實(shí)現(xiàn)反射光強(qiáng)圖像與彩色圖像的匹配。

由于光譜共焦位移傳感器探頭1采集到的是每一個(gè)點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)，即高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此形成的高度圖像和反射光強(qiáng)圖像完全匹配。當(dāng)反射光強(qiáng)圖像與彩色圖像匹配完成后，相應(yīng)的可以得到與彩色圖像匹配的高度圖像，即實(shí)現(xiàn)高度圖像與彩色圖像的匹配。

接下來將對(duì)反射光強(qiáng)圖像與彩色圖像的匹配過程展開介紹。

計(jì)算機(jī)4可以通過千兆以太網(wǎng)分別與光譜共焦位移傳感器2和彩色線陣相機(jī)3連接，進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)的傳輸，故此，計(jì)算機(jī)4可以獲取到高度圖像、反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像。

所述計(jì)算機(jī)4可以依據(jù)包括的歸一化預(yù)處理模塊、轉(zhuǎn)換模塊、下采樣處理模塊、獲取模塊和匹配模塊，實(shí)現(xiàn)高度圖像和彩色圖像的匹配。

所述歸一化預(yù)處理模塊，用于對(duì)所述反射光強(qiáng)圖像進(jìn)行歸一化預(yù)處理，并將所述歸一化預(yù)處理后的反射光強(qiáng)圖像轉(zhuǎn)換為第一灰度圖。

將反射光強(qiáng)圖像進(jìn)行歸一化預(yù)處理，得到像素值區(qū)間為[0,1]，進(jìn)一步可以利用灰度圖轉(zhuǎn)換公式：

將所述歸一化預(yù)處理后的反射光強(qiáng)圖像轉(zhuǎn)換為第一灰度圖，該第一灰度圖的像素值區(qū)間為[0,255]，其中，x為反射光強(qiáng)度值，x_min為像素最小反射光強(qiáng)值，x_max為像素最大反射光強(qiáng)值，y為像素灰度值。

所述轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述彩色圖像轉(zhuǎn)換為第二灰度圖。

具體的，可以利用灰度圖轉(zhuǎn)換公式：

Grayvalue＝(R*299+G*587+B*114+500)/1000

將所述彩色圖像轉(zhuǎn)換為第二灰度圖，其中，Grayvalue表示所述第二灰度圖的灰度值，R、G、B分別為紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色的數(shù)值，/表示整除運(yùn)算，得到除式的商，加數(shù)500是對(duì)商值進(jìn)行四舍五入處理，保證第二灰度圖的灰度值取在整數(shù)區(qū)間[0,255]。

通過歸一化預(yù)處理模塊和轉(zhuǎn)換模塊可以將反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像轉(zhuǎn)換為具有相同像素值區(qū)間的灰度圖。

由于第一灰度圖的分辨率高于第二灰度圖的分辨率，為了使得兩張灰度圖的分辨率保持一致，可以對(duì)第一灰度圖進(jìn)行下采樣處理。具體的，計(jì)算機(jī)4中的下采樣處理模塊，可以依據(jù)所述第二灰度圖的分辨率，對(duì)所述第一灰度圖進(jìn)行下采樣處理。

理論上高度圖像和彩色圖像的大小應(yīng)該一致，但是實(shí)際操作中可能會(huì)存在誤差，導(dǎo)致位置不匹配，本發(fā)明實(shí)施例中采用反射光強(qiáng)圖像作為中間媒介，因此需要進(jìn)行反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像位置的匹配。在上述過程中，已經(jīng)將反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像轉(zhuǎn)換為具有相同像素值區(qū)間的灰度圖，故此，可以以第一灰度圖和第二灰度圖為基礎(chǔ)，完成反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像位置的匹配。

可以通過選取目標(biāo)模板的方式，完成灰度圖的匹配。從第一灰度圖中選取目標(biāo)模板，當(dāng)在第二灰度圖中找到與該目標(biāo)模板匹配的位置后，便可以完成第一灰度圖與第二灰度圖位置的匹配，即完成反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像位置的匹配。

具體的，計(jì)算機(jī)4中的獲取模塊，用于獲取所述第一灰度圖的目標(biāo)模板。計(jì)算機(jī)4中的匹配模塊，用于計(jì)算所述目標(biāo)模板與所述第二灰度圖的相關(guān)性，找到所述目標(biāo)模板在所述第二灰度圖中的匹配位置。

其中，目標(biāo)模板可以是第一灰度圖中灰度值最大點(diǎn)所形成的區(qū)域，即包含第一灰度圖中所有灰度值最大點(diǎn)的區(qū)域。選取的目標(biāo)模板越小，在后續(xù)匹配過程中執(zhí)行效率越高，故此，該區(qū)域可以為包含第一灰度圖中所有灰度值最大點(diǎn)的一個(gè)最小N*N像素點(diǎn)區(qū)域。

在進(jìn)行目標(biāo)模板與第二灰度圖的匹配時(shí)，考慮到該目標(biāo)模板中可能會(huì)包含多個(gè)像素點(diǎn)，可以取該目標(biāo)模板的中心像素點(diǎn)與第二灰度圖中的各個(gè)像素點(diǎn)逐一對(duì)應(yīng)確定匹配位置，每一次對(duì)應(yīng)做一次相關(guān)性計(jì)算，計(jì)算時(shí)目標(biāo)模板的N*N像素點(diǎn)區(qū)域和第二灰度圖里的N*N像素點(diǎn)區(qū)域做計(jì)算，比較計(jì)算結(jié)果后，由此可以完成第一灰度圖和第二灰度圖的匹配。

在具體實(shí)現(xiàn)中，可以利用二維相關(guān)性計(jì)算公式：

其中，f表示所述第二灰度圖，g表示所述目標(biāo)模板，表示相關(guān)性計(jì)算，*表示卷積運(yùn)算，g^*[-m,-n]表示g^*[m,n]關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的圖樣，m,n分別表示目標(biāo)模板g在行和列上的位移。

由于灰度圖由多個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成，因此，可以利用該二維相關(guān)性計(jì)算公式的離散形式計(jì)算所述目標(biāo)模板與所述第二灰度圖的相關(guān)性，從而確定出目標(biāo)模板在第二灰度圖中的對(duì)應(yīng)位置。

其中，離散形式計(jì)算公式如下：

其中，f表示所述第二灰度圖，g表示所述目標(biāo)模板，表示相關(guān)性計(jì)算，f^*表示f的共軛復(fù)數(shù)，m₀,n₀分別表示目標(biāo)模板g在行和列上的位移。

在本發(fā)明實(shí)施例中，為了進(jìn)一步提高執(zhí)行的效率，降低計(jì)算的復(fù)雜度，可以利用卷積運(yùn)算實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模板與第二灰度圖的相關(guān)性計(jì)算，從而確定出目標(biāo)模板在第二灰度圖中的對(duì)應(yīng)位置。

所述匹配模塊具體用于利用卷積運(yùn)算公式：

計(jì)算所述目標(biāo)模板與所述第二灰度圖的相關(guān)性，其中，f表示所述第二灰度圖，g表示所述目標(biāo)模板，表示相關(guān)性計(jì)算，*表示卷積運(yùn)算，g^*[-m,-n]表示g^*[m,n]關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的圖樣，m,n分別表示目標(biāo)模板g在行和列上的位移。

由于兩個(gè)信號(hào)空間閾的卷積等于對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)的乘積，所以分別對(duì)目標(biāo)模板和第二灰度圖進(jìn)行傅里葉變換，可以得到兩者的頻域信號(hào)。其中，二維離散傅里葉變換公式如下：

將兩個(gè)頻域信號(hào)相乘，并通過傅里葉逆變換得到卷積的最終結(jié)果，頻域乘法規(guī)則為：

Re Y[f]＝Re F[f]Re G[f]-Im F[f]Im G[f]

Im Y[f]＝Im F[f]Re G[f]-Re F[f]Im G[f]

其中，F(xiàn)表示第二灰度圖的傅里葉變換結(jié)果，G表示目標(biāo)模板的傅里葉變換結(jié)果，Re表示取實(shí)部操作，Im為取虛部操作，f表示頻率。

卷積結(jié)果中灰度值最大的像素，即尖峰處，即為目標(biāo)模板中心點(diǎn)在第二灰度圖中的位置，此時(shí)目標(biāo)模板在第二灰度圖中的位置被指定，所以第一灰度圖在第二灰度圖的位置被確定，匹配完成。

因?yàn)楣庾V共焦位移傳感器探頭得到的高度圖像和反射光強(qiáng)圖像是完全匹配的，所以反射光強(qiáng)圖像與彩色圖像匹配完成后，也可得到與彩色圖像匹配的高度圖像。

為了進(jìn)一步提高匹配的準(zhǔn)確性，在卷積運(yùn)算之前可以先對(duì)目標(biāo)模板和第二灰度圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，突出邊緣后的最終卷積結(jié)果會(huì)更加明顯，目標(biāo)模板在第二灰度圖中的對(duì)應(yīng)的位置會(huì)被明亮的尖峰表示出來。

考慮到目標(biāo)模板的中心點(diǎn)可能會(huì)與第二灰度圖的邊界位置的像素點(diǎn)匹配，若該目標(biāo)模板中包含有多個(gè)像素點(diǎn)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致該目標(biāo)模板超出第二灰度圖的邊界，針對(duì)這種情況，可以對(duì)目標(biāo)模板和第二灰度圖進(jìn)行添零處理，根據(jù)目標(biāo)模板和第二灰度圖的大小，將目標(biāo)模板和第二灰度圖添零處理變成大小統(tǒng)一的兩張圖，例如，目標(biāo)模板的大小為N*N，第二灰度圖的大小為M*M，則可以對(duì)這兩張圖進(jìn)行添零處理，使其大小均變?yōu)?M+N-1)*(M+N-1)。以此來避免目標(biāo)模板超出第二灰度圖的邊界情況的發(fā)生。

由上述技術(shù)方案可以看出，利用光譜共焦位移傳感器探頭掃描被測(cè)樣品，可以采集到被測(cè)樣品的高度數(shù)據(jù)和反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)，光譜共焦位移傳感器與光譜共焦位移傳感器探頭連接，可以獲取到所述被測(cè)樣品的高度圖像和反射光強(qiáng)圖像，在紋理掃描機(jī)中包括有彩色線陣相機(jī)，可以通過掃描被測(cè)樣品，獲取被測(cè)樣品的彩色圖像，可見，通過一次掃描流程，可以同時(shí)獲取到被測(cè)樣品的高度圖像和彩色圖像，提高了測(cè)量的效率?？紤]到高度圖像和彩色圖像可能會(huì)存在不匹配的問題，因此，可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)反射光強(qiáng)圖像和彩色圖像的灰度信息進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高度圖像與彩色圖像的匹配。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種紋理掃描機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。