上海光機所將時域散斑技術運用于大尺寸光學元件測量

　　中國科學院上海光學精密機械研究所信息光學與光電技術實驗室周常河課題組近期將雙目測量和時域散斑技術相結合，應用于300mm口徑大尺寸透鏡毛坯測量，成功重建出透鏡毛坯表面的三維形貌。該方法實現了大尺寸透鏡的快速、低成本測量，相關成果發表在Optics Express 27,10898(2019)上。

　　大尺寸光學元件，尤其是非球面元件，被廣泛運用在大型激光裝置，例如“神光”II綜合實驗激光裝置中。在元件的生產過程中，表面檢測至關重要。在透鏡毛坯的粗研磨階段，主要檢測設備是三坐標測量機。三坐標測量機的測量精度很高，但是這種逐點測量方式的效率低，尤其是在測量大尺寸（例如米級）透鏡毛坯時，大型三坐標測量機價格昂貴，且不易移動，不便于使用。

　　該課題組提出，用雙目光學三維測量方法重建透鏡粗毛坯的表面。雙目視覺原理類似于人眼的三維感知，如圖1所示。左右兩個不同位置不同角度放置的攝像機，同步拍攝毛坯表面圖像，經過同源點匹配和視差計算，可以用三角法對毛坯表面進行三維重構。但是，由于透鏡毛坯強散射特性，基于空域的結構光編碼方法會出現解碼誤差。課題組提出用時域散斑技術進行時域方向的編碼，實驗中順序投影20幅帶通隨機數字散斑圖像，對于每個像素點，都有一個20維度的編碼。通過比較左右待匹配點碼值之間的漢明距，可以在極線方向尋找到同源點對。另一方面，偏振技術被運用于消除透鏡毛坯的多次反射問題。最終，全場的三維點云數據在短時間內被成功重建出，如圖2所示。

　　相對于三坐標測量機，該方法實現了透鏡毛坯表面的快速、全場、低成本的三維測量，是一個很有前景的測量方法，尤其是對米級尺寸的透鏡毛坯測量具有重要的應用價值。

　　該項研究成果得到中科院前沿科學重點研究項目、上海市科委專業技術服務平臺項目、上海市自然科學基金項目的支持。

圖1 雙目三維測量系統結構圖

圖2 透鏡毛坯的三維點云