对镜面反射表面进行形状和缺陷检测，是机器视觉系统面临的一项公认的艰巨挑战。例如，识别镜面表面的缺陷（如漆面的橘皮效应、手机屏幕上的微小缺口）往往需要复杂的专用装置和设备，这对集成商而言是明显的障碍。采用图案化面光源（Patterned Area Lighting™, PAL）的相位测量偏折术（Phase Measuring Deflectometry, PMD），为这类应用提供了一种简单有效的解决方案。

相位测量偏折术（PMD）

在最简单的形式中，典型的单相机（单目）PMD 系统由一个图案化光源（如智能视觉光源公司的图案化面光源 PAL）和一台相机组成。PAL 光源和相机相对于被测物体以相近但相反的角度布置，这样相机就能捕获镜面表面反射的光源图像。该系统中，被测镜面既可以是平面，也可以是曲面。

反射形成的捕获图像会因表面形状变化或缺陷而产生畸变。这种畸变是由图案图像反射角的相移引起的。基于光反射与表面形状的简单数学关系，可通过软件算法确定形状特征并定位微小缺陷。相移量由物体表面的发散度决定：对于表面形状的渐变，反射图案会产生类似的渐变；对于凹坑、划痕等急剧变化，会出现较大的相移，导致背景对比度发生突变。若要获得绝对定量结果，需要对相机和光源进行位置校准。单目测量方法可通过增加一台相机扩展为双目测量系统。有关 PAL 光源的应用案例，可下载技术笔记《检测反射、透明及半透明表面的缺陷》。

在平面上，光的反射角与入射角大小相等、方向相反。当存在缺陷时，光从缺陷处反射的角度会与平面反射角产生相移。通过分析反射图像中的相移，可根据尺寸、方向和形状对表面变化及缺陷进行量化。

透明物体与相位测量偏折术

PMD 也可用于检测透明物体，其原理与镜面表面检测相同。当光穿过缺陷（如玻璃中的褶皱、塑料中的微小凹坑）时，会发生偏转或折射，其角度与入射光角度存在相移。在常规照明条件下，透明物体的缺陷难以定位和量化，但使用 PAL 光源时，缺陷在图像中可清晰检测。检测透明物体时，通常采用单相机（单目）PMD 系统。

单目相位测量偏折术

单目（单相机）PMD 系统使用一个 PAL 光源和一台相机。根据光源图案类型和布置方向，可获得二维和三维的定量 / 定性检测结果。采用单一方向的图案（如平行线图案，可垂直、水平或倾斜布置）时，可实现二维成像；采用双向图案（如网格线图案）时，可实现三维检测，这种设置通常用于单帧图像采集应用。

双目相位测量偏折术

双目 PMD 系统同样可实现二维和三维检测。根据所需的精度要求，定量双目系统可减少计算误差，并优化与各类相位偏折测量模型相关的表面精度；也可通过直接对比两台相机的图像，实现简单的定性检测。

多角度相位测量偏折术

多角度 PMD 系统包含两个或多个 PAL 光源及两台或多台相机。每个带 PAL 的光源与相机可组成单目 PMD、双目 PMD，或任意组合形式，从而实现二维和三维的定性图像采集。多幅图像可用于检测各类缺陷或重建被测物体的三维模型。另一种实用设置是采用 x 轴和 y 轴相机 / 光源组合，通过联合处理 x 轴和 y 轴图像，无需改变图案方向即可获取三维信息。

PMD 已被证实是一种有效且简单的方法，可用于检测镜面表面的缺陷并量化特征，包括高速运行的应用场景。将Smart vision lights的图案化面光源（PAL）与具备偏折测量图像处理功能的软件配合使用，或用于视觉检测，可为诸多挑战性问题提供快速且经济高效的解决方案。

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