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技术趋势
Technology Trends
的折射率。对于所有类型的 3DPIXAS 相机,该近似在 n
<4.191 mm <3.997 mm
<4.697 mm <3.526 mm
<3.203 mm <3.054 mm = [1.4,1.7] 的区间是有效的。位移的方向朝向更靠近样
<2.709 mm <2.583 mm
<2.215 mm <2.112 mm 品的分束器的末端,因此在图 1 中的方案中,相机必须向
<1.720 mm <1.641 mm
<1.226 mm <1.169 mm
<0.732 mm <0.698 mm 左移动。
<0.238 mm <0.227 mm
由于分束器的 45°倾斜导致散光,因此工作距离的
变化沿系统的 X 轴和 Y 轴有所不同。在 Y 方向,工作距
离的增加可由如下公式计算 :Δzy = +d*(0.24n +0.23)。
图2:使用管灯照明的石蜡图像(左图)和使用同轴照明的石蜡蜡图像(右 如上所述,该公式对于所有 d 和 n = [1.4,1.7 ] 都是
图)。拍摄使用的相机为具有30μm横向分辨率的3DPIXA相机,具体型号为 有效的。工作方向沿 X 方向的变化不是恒定的,但也随
CP000 047 0C01-030 0105。
着成像点的位置而变化,这将导致场曲。散光和场曲都会
这可以在蜡烛的外边缘图像中看到。 轻微降低图像质量,这影响了接近分辨率极限的结构成像。
另一个案例是电子线路板基板材料,通常是半透明的 但是它们不应该影响 3D 算法,因为通常只能计算大小为
具有光滑表面的塑料材料。扫描后的样品如图 3 所示。 几个像素的高度结构。
在管灯照明图像(左图)中的基板区域显示的纹理较 此外,对于上面讨论的光学效果,分束器也改变由
少,导致部分低性能的高度重建(假彩色图像叠加中的黑 3D 算法计算的绝对高度值,即到相机的绝对距离。对于
色点)。利用同轴照明(右图),从材料表面反射回来的光 每个相机而言,这个高度变化的精确值略有不同。一般来
线量大于次表面散射光,图像纹理更高,高度重建性能得 说,相机和样品之间的测量距离减小,因此结构看起来比
到改善。 实际更靠近相机。
然而,如果球的高度是焦点而不是检查基板,则情况 <0.643 mm <0.709 mm
<0.571 mm <0.626 mm
变得更加复杂,因为同轴照明导致球上的镜面反射。如果 <0.495 mm <0.542 mm
<0.419 mm <0.456 mm
这些区域是饱和的,它也会对高度测量产生负面影响。 <0.342 mm <0.375 mm
<0.256 mm <0.291 mm
<0.190mm <0.205 mm
因此,最佳照明强烈取决于实际的测量任务和使用的 <0.113 mm <0.124 mm
<0.037 mm <0.040 mm
材料,并且通常只能通过测试来确定。
光学影响
图3:使用管灯照明获得的具有假彩色高度的球栅阵列图像(左图),和使用
分束器本质上是一个平面平行玻璃板,用于将入射光 同轴照明获得的图像(右图)。
分束,一束与入射光同向,另一束方向放生偏移。偏移量 这种变化在整个高度范围内是恒定的,模拟显示 0.2%
的大小取决于入射角、玻璃的厚度和折射率。因此,分束 的变化,并且在整个视场中也是恒定的。总之,相对高度
器的厚度应尽可能小,以满足稳定需求。在下面的分析中, 测量根本不受影响,并且绝对高度测量发生恒定的偏移。
假设分光器中 Borofloat 玻璃的厚度为 d = 1.1mm。 由于计算高度的精确变化是未知的,所以高度图的零
分束器带来的影响是点的运动,进而可以在所有三个 平面不能用于将相机调整到正确的工作距离。建议使用制
空间坐标中获得最锐利的图像。沿传感器方向的变化(称 造商建议的自由工作距离设置相机,并用上面的 Δzy 进
为 X 方向)导致成像系统的放大率变化可以忽略(< 0.4%, 行校正。
对相机类型的依赖性很小)。
沿扫描方向的变化(称为 Y 方向)只偏移图像的起 总结
始点。如果扫描线的精确位置非常重要,即当观察滚动 在某些半透明材料(也就是那些具有明显次表面散射
时,相机需要相对于预定扫描线偏移,偏移量为 Δy = 的材料)中,使用同轴照明可以在图像中表现出清晰的纹
d*(0.30n – 0.12)。 理,这非常有益于 3D 高度重建。然而,在使用同轴照明时,
该方程对于所有玻璃厚度 d 都是有效的,并且是对 n 在相机系统的光路中增加分束器,会对光学质量带来负面
的真实依赖性的线性近似,n 是引入到光路中的玻璃材料 影响。
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