上海光机所将时域散斑技术运用于大尺寸光学元件测量

　　中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室周常河课题组近期将双目测量和时域散斑技术相结合，应用于300mm口径大尺寸透镜毛坯测量，成功重建出透镜毛坯表面的三维形貌。该方法实现了大尺寸透镜的快速、低成本测量，相关成果发表在Optics Express 27,10898(2019)上。

　　大尺寸光学元件，尤其是非球面元件，被广泛运用在大型激光装置，例如“神光”II综合实验激光装置中。在元件的生产过程中，表面检测至关重要。在透镜毛坯的粗研磨阶段，主要检测设备是三坐标测量机。三坐标测量机的测量精度很高，但是这种逐点测量方式的效率低，尤其是在测量大尺寸（例如米级）透镜毛坯时，大型三坐标测量机价格昂贵，且不易移动，不便于使用。

　　该课题组提出，用双目光学三维测量方法重建透镜粗毛坯的表面。双目视觉原理类似于人眼的三维感知，如图1所示。左右两个不同位置不同角度放置的摄像机，同步拍摄毛坯表面图像，经过同源点匹配和视差计算，可以用三角法对毛坯表面进行三维重构。但是，由于透镜毛坯强散射特性，基于空域的结构光编码方法会出现解码误差。课题组提出用时域散斑技术进行时域方向的编码，实验中顺序投影20幅带通随机数字散斑图像，对于每个像素点，都有一个20维度的编码。通过比较左右待匹配点码值之间的汉明距，可以在极线方向寻找到同源点对。另一方面，偏振技术被运用于消除透镜毛坯的多次反射问题。最终，全场的三维点云数据在短时间内被成功重建出，如图2所示。

　　相对于三坐标测量机，该方法实现了透镜毛坯表面的快速、全场、低成本的三维测量，是一个很有前景的测量方法，尤其是对米级尺寸的透镜毛坯测量具有重要的应用价值。

　　该项研究成果得到中科院前沿科学重点研究项目、上海市科委专业技术服务平台项目、上海市自然科学基金项目的支持。

图1 双目三维测量系统结构图

图2 透镜毛坯的三维点云