专利名称：表面形状的增强的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面形状的增强，更具体地说，涉及用于产生物体的表面形状增强了的图象的方法和装置。
已知有许多用于产生物体的表面图象的成象系统。这种系统中最简单的是复印机，例如，在该复印机中，物体被照明，以便在硒鼓上形成一个潜象。用于把图象扫描输入计算机中的光学扫描器也是公知的。
这些系统的问题在于，它们不能使外形丰富的表面形成良好的图象，这些系统本质上是二维的，使其固有地不适用于再现表面形状的细节。
美国专利US-4,920,385公开了一种用于检查表面纹痕的装置，其中，表面是用一个移动的光束来进行扫描，然而，这种装置不能提供所要求的表面形状特征的分辨率。
本发明的目的在于提供一种能够增强在两维图象中的表面形状细节的图象的系统。
按照本发明，提供了一种用于产生物体的表面形状增强了的图象的装置，它包括用于产生对物体照明的光束的装置，所说的光束具有一个区域，在该区域，其光强随离开光束的距离迅速地下降；用于使所说的光束在物体上渐进地移动的装置；和用于当所说的光束渐进地在所说的物体上移动时以掠射角在所说的区域中对所说的物体进行扫描的装置。
“迅速地下降”一词意指光强的变化类似于一个矩形的光带在边缘区域所经受的强度变化，尽管它可以用其它方式产生，起对增强表面扰动的作用。典型地，在强度上的这种变化在大约0.8英寸的距离内改变两倍。在这个实施例中，被检测的表面是用一个光源照明，所述的光源产生一个来自缝隙的准直的光带。沿该光带的任何一个边缘，其光强随着离边缘的距离增加而快速地下降。
这个区域或窄带是由在缝隙边缘的衍射造成的一个光边缘区域。它的宽度非常窄，且它的特征可以通过改变照明光源的角度而被改进。一个在该区域内以最好是3～6度的掠射角聚焦在表面上的图象条，被用来收集由在表面上的斜度变化所引起的强度变化。在斜度上的微小变化可以引起在光强度上很大的变化。
最好使用一个线扫描器来收集光强数据。图象条一般仅仅具有一个或两个象素的宽度，粗糙地测量为0.001英寸。这样的图象条易于与扫描器中使用的光边缘区域相适应，扫描器具有接近0.08英寸的区域宽度。光强的变化由高到低或由低到高，这取决于该条带在区域中处于什么位置。当扫描器沿表面移动时，光的边缘也随之移动，增强的图象通过把各条带结合在一起构成。
最终形成了具有较亮或较暗的高分辨率的图象，突现出表面倾斜变化。
本发明还提供了一种产生物体的表面形状增强了的图象的方法，它包括使光束在物体的表面渐进地移动，所说的光束具有一个其强度随距离快速变化的区域，并当光束在表面上移动时以掠射角在所述区域内对所述物体进行扫描。
下面将通过实施例的方式并参考附图对本发明作更详细的说明，附图有
图1是简化的光学装置的透视图；图2是简化的光学装置的剖视图；图3说明图象的结构；图4所示的光边缘区域的特征；图5用来说明本发明的原理；图6是在边缘区域内的强度与距离的曲线图(以1英寸为单位)；图7所示是由已有技术扫描的加拿大轮胎票证；图8所示是使用调整成相应于由暗到亮的倾斜变化的按照本发明的装置时扫描的加拿大轮胎票证；图9所示是使用调整成相应于由亮到暗的倾斜变化的按照本发明的装置时扫描的加拿大轮胎票证；图10和图11分别为图8和图9的特写镜头。
参照图1和图2，本装置包括一个光源1(如荧光管灯)，和一个矩形缝隙2，一束准直光通过该缝隙，并且该缝隙形成一个在要被扫描的物体6的表面形状丰富的表面5上的矩形光带3。缝隙2是如此安排的，即入射光束以大约80°的角度A入射到表面上。
矩形带具有一个成矩形条带形的边缘区域3a，在该区域内，光强将随离开条带而快速下降。这是一个衍射效应明显的区域。
图4示出了在物体表面上的光带3的外形图；在光带3的主要区域中，光强基本上是等值的。在边缘上，光强度由于衍射作用不会立即下降到零，尽管它在边缘区域3a内随距离的增加非常快速地下降。按照本发明，是在该边缘区域3a内对表面进行扫描。
返回到图1和图2，扫描器光学装置7包括一个含电荷耦合装置的线照相机(Line camera)8和用于在边缘区域3a内对所接收的像进行扫描的有关的光学装置。
反射镜9和10是如此安排的，以便接收大约以3°到6°的掠射角B由表面5反射出的光线，并使反射光投射到扫描器光学装置7。
使用时，如图1和图2所示的结构渐进地在物体的表面5上移动，从而对表面5按图3所示的方式逐行地进行扫描，以便按已有技术的方式由一系列的扫描线组成一帧图象。
由于表面是以掠射角扫描，且光强是随距离非常快速地改变，因而可以增强表面形状的特征。图5示出了其理由。假定另一个平面表面5有一个位于边缘区域3a内的隆起物15，在该位置上，光强度Id将随距离d非常快速地变化。如果扫描器的光学装置按方向11观察隆起物，它将在点15a看到隆起物15的表面，在该位置上，光强具有第一个值Iy。在不存在隆起物15的情况下，则应该看到的是在点15b处的表面，在该位置上，光强具有的值为Ix。由于假定(Ix-Iy)是相当大，这是因为光强度是随距离d快速地变化，这在图象上显示出作为光强随表面形状的迅速变化。
为了测量光边缘区域的强度，采用了国家研究委员会(NationalResearch Council)的IPS系统。扫描器被设置于半透明的表面的上面。然后，对所产生的象进行数字采集，并用图象处理软件进行分析。产生如图6所示的强度与距离的被校准的曲线。在图中所示的曲线上，在0.5英寸的距离内光强由1022个单位变化到122个单位，在该曲线的光边缘区域具有在0.8英寸的距离内光强由1000个单位到422个单位的变化(每0.001英寸1个单位)。正如本专业的熟练技术人员所了解的，可以获得许多不同的曲线，以便适应表面形状。通过扩展或压缩光边缘区域，可以调整对表面形状的灵敏度。
图7至图11示出了使用本发明所获得的结果与用已有技术扫描的比较。应该看到，本发明显著地增强了表面的细节。
权利要求
1.一种用于产生物体表面形状增强了的图象的装置，其特征在于它包括a)用于产生照明物体的光束的装置，所说的光束具有一个其强度随离开光束的距离迅速地下降的区域；b)用于在物体上渐进地移动所说的光束的装置；c)用于当所说的光束渐进地在所说的物体上移动时以掠射角在所说的区域中对所述物体进行扫描的装置。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所说的掠射角是3°到6°。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所说的光束形成矩形条带形，所述的条带横扫过物体的表面。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于所说的光束具有一个主中心区域，在该区域，光强接近为常数，并具有所说的强度迅速下降的区域，它构成围绕主中心区域的边缘区域。
5.按照权利要求3所述的装置，其特征在于所说的扫描装置包括用于在所说的边缘区域内产生所说的物体的线图象的装置，和一个对所说的线图象进行扫描的线照相机。
6.按照权利要求6所述的装置，其特征在于所说的边缘区域具有不超过两个象素的宽度。
7.按照权利要求5所述的装置，其特征在于所说的线照相机包括一个电荷耦合装置。
8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于所说的产生光的装置、所说的移动装置、和所说的扫描装置一起构成可以在物体的表面上移动的一个组件。
9.一种产生物体表面形状增强了的图象的方法，其特征在于，包括在物体表面上渐进地移动光束，所说的光束具有其强度随距离快速变化的一个区域，和当光束在表面上移动时以掠射角在所说的区域内对物体进行扫描。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，掠射角是3°到6°。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于所述的区域包括准直光束的边缘区域。
全文摘要
一种用于产生表面形状增强的物体图象的装置,它包括用于产生对物体进行照明的光束的光源。光束具有一个光强随离开光束的距离迅速地降低的区域。当光束渐进地移过物体时,以大约3°到6°的掠射角在所述区域内对物体进行扫描。
文档编号G01B11/30GK1179827SQ95197802
公开日1998年4月22日 申请日期1995年2月14日 优先权日1995年2月14日
发明者A·马林卡克 申请人:加拿大国家研究局