显微镜焦平面成像原理，三维表面的测量技术

显微镜焦平面成像原理，三维表面的测量技术

采用显微镜的焦平面成像原理，提出磨粒三维表面的测量方法；通
过不同的差分算子及小波图像处理，划分焦平面范围，提出采用形态学
方法测量磨粒三维表面；并通过布尔代数运算，将不同的显微镜焦平面
图像重构成一幅新的磨粒图像。表面形貌是接触表面摩擦、磨损和润滑
的结果，并直接影响接触表面的摩擦、磨损和润滑，是磨损状态评估和
磨损趋势预测的重要依据。

  显微镜三维表面测量的理论方法

  基于显微镜的三维表面数据采集

对于磨粒三维形貌数据的测量，国外目前采用的设备主要有原子力
显微镜(AFM)、激光共焦扫描显微镜(LSCM)、激光干涉测量仪(IM)，以
及立体电子显微镜(。AFM测量精度最高，但是量程有限，对于工程应用
中最感兴趣的5μm以上的磨粒就非常困难，且通过AFM是看不到物体表
面颜色的。LSCM比较适合于生物颗粒的三维成像，颜色合成时间比较长
，。IM横向分辨率不高，
深度方向也容易产生畸变。不但会损失颜色信息，而且由于图像匹配的
计算非常困难，工程应用可靠性差。另外，这些三维测量设备价格昂贵
，在故障诊断的工程中应用较困难。目前，双目光学显微镜由于镜头焦
平面的限制，使得其测量分辨率和测量范围配合存在困难，而其他的磨
粒三维信息采集技术也存在各种限制，在铁谱观察的过程中经常受到焦
平面的限制，不能在高倍数条件下采集磨粒表面详细的表面纹理图像，
影响了对表面纹理的分析。

在光学显微镜的基础上，运用光学聚焦原理和图像处理技术，实现
磨粒三维表面的测量和多层图像重构。在一般条件下，小磨粒有时可以
包含在全部的显微镜焦平面内，因此可以看到整个磨粒表面纹理的全部
特征。

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