本文致力于研究共焦点聚焦形貌测量技术，利用显微镜拍摄的一系列聚焦图像来恢复物体表面三维形貌。它的主要特点是仅仅利用普通的显微镜，拍摄一系列不同聚焦深度的图像从而计算出三维物体的形貌，其核心是数字图像处理。

1。1课题研究目的和意义

伴随着科学技术的发展，尤其是科学仪器、微机电系统、光电信息技术等方面的迅速发展，如今的机电产品正向着微小、精密方向发展。精密零件的表面完整性的要求越来越高，因此精密加工的要求也越来越高。零件表面完整性与零件的机械性能和物理特性等息息相关。精密零件的表面完整性测量，已成为评价精密零件性能的重要技术指标之一，其测量方法已成为精密制造行业关注的焦点。

一般我们使用显微镜观察微小物体表面。但是显微镜仅仅只能观察，想要对物体进行三维形貌重建，常常还需要借助其他的仪器。但是利用显微镜观察其他物体时，有时人们只想看到物体大概的三位形貌，这种情况下再去使用专门设备来测量物体表面三维形貌则又显得多余。数字图像处理技术的飞速发展也使得共焦点聚焦形貌测量技术得到的极大发展。它仅仅使用显微镜，利用所拍摄得到的一系列聚焦图像来恢复物体表面的三维形貌，从而可以在不增加其他硬件的基础上实现三维形貌观察。共焦点聚焦形貌测量属于非接触式测量的一种，并且属于面测量，与其他测量方法相比主要有以下优点：

（1）硬件要求低。共焦点聚焦形貌测量技术的核心是图像处理，利用拍摄得到的图像来得到三维形貌，不需要其他专门的三维测量仪器。

（2）被动式测量。因此不需要特定的光源。来自优I尔Y论S文C网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766

（3）非接触式测量。因此避免了探针的测量力对待测物体表面造成的损伤和变形，而且可以精确测量非刚体材料的物体的表面形貌。

同时共焦点聚焦形貌测量技术还有受环境电磁场影响小，可测量非金属面及透明液体

内物体表面等特点。

1。2研究进展

我们将三维形貌测量方法进行了简单的分类。首先根据照明方式的不同，可以分为两大类：被动式和主动式。其次按照是否接触可分为接触式和非接触式；然后按照测量物体的尺寸大小可分为宏观、细观和微观；接着按照一次测量取得的数据量可分为点扫描式、线扫描式及面测量；最后按照计算方法可分为相移测量术、傅里叶变换术、莫尔条纹法和飞行时间法等。

主动式测量系统的特点是需要特定的光源。测量细、微观物体表面时对系统要求精细、复杂，并且成本很高。而且由于受到显微镜景深短的限制，显微镜观察的微观表面时对复杂物体表面很难得到大范围清晰图像。因此主动式测量在细、微观表面测量的应用受到很大限制。

被动式测量系统相对而言比较简单，并不需要主动光源，而且具有数据采集快速、便捷的特点，所以常用于三维目标的识别、理解以及位形分析，在机器视觉领域、微观显微领域有着广泛的应用。

离焦聚焦是实现物体表面形貌恢复的重要手段之一。

（1）从离焦图像恢复高度（DFD）论文网

1982年，Pentland通过假定点扩散函数（PSF）是高斯模型并且物体有清晰的边界来得到扩散函数他利用拉普拉斯算子测量扩散边界的宽度，通过高斯扩散参数计算得出高度。Pentland在1987年扩展了他的技术 。1988年，Darrell等人首先用拉普拉斯—

—高斯金字塔来从一系列离焦图像中寻找子区域中能量最大的那一帧图像，进而恢复物体表面形貌。之后Nayar等人对聚焦形貌恢复技术进行全面的研究和总结