高光谱成像三维面积测量法 GB-T 40139-2021

1 范围

本文件规定了基于高光谱成像技术测量材料表而面积的方法。本文件适用于食品接触材料、首饰及其他材料表面积的测量。本文件不适用于孔直径小于1mm的多孔材料，以及含有直径小于1mm条状纹理的材料。

2 规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件，

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1 表面积surface areas

所有立体图形面的面积之和。

3.2 高光谱成像hyperspectral imaging

将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维空间和光谱信息.获得高分辨率的连续、窄波段的图像数据。

3.3 结构光系统structured light system

一组由投影仪和摄像头组成的系统结构，

注：该系统用投影仪投射特定的光信息到物体表面后及背景后，由摄像头采集。根据物体造成的光信号变化，计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。

3.4 三维数据重建技术3D data reconstruction technology

基于通过相机获得场景、物休的数据图像，并对图像进行分析处理，再结合计算机视觉知识推导出现实环境中物体的三维信息。

3.5 三角面片triangular patch

在计算机模拟的三维空间中，由空间坐标系中的三个点构成的一个三角网格。

3.6 点云point cloud

在计算机模拟的三维空间中表达样品空间分布和样品表面特性的点集合。

3.7 多线激光multi line laser

利用激光发射器在已知空间方向上投射到样品表面的激光扫描线束的集合。

3.8 标志点landmark

在扫描过程中.用于准确定位样品表面的点。

注：标志点通常由外圈为黑色、内圈为白色的两个同心圆构成，贴于待测样品表面。

3.9 多孔材料porous material

由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。

4 原理

利用以单线激光、多线激光或其他可见光为光源的结构光系统，采集材料的三维图像数据，通过三维数据重建技术实现在计算机内对样品的三维模型重建。重建的三维模型在特定的算法下转化为三角面片数据，依据三角面片数据计算样品待测量区域的表面积。本文件第一法结构光系统位置固定，通过旋转平台将材料旋转至不同角度，获取面积数据。本文件第二法样品位置固定，通过移动结构光系统至不同位置.获取面积数据。

5 第一法旋转平台式面积测量仪法

5.1 试剂和材料

反差增强剂：白色。

注：由特定配方的粉剂及溶剂配制而成的悬独液.喷涂在材料表面，会形成一层白色或其他颜色的覆盖薄膜。可显著增强材料成像的对比度

5.2 仪器与设备

5.2.1台式面积测量仪主机（仪器结构示意图参见附录A中图A.1）：工业相机（分辨率）大于230万像索，工业镜头：厂（焦距）大于或等于16 mm；主动式结构光源投影设备：激光器采用 CLASSII-人眼安全级别。

5.2.2高精度校准板：由单个方格面积为7.5 mmX7.5 mm的棋盘组成.精度为0.01 mm。

5.2.3标准测量块：由半球、圆槽、半圆柱等形状组成，有校准证书。

5.2.4标志点贴纸：外圈直径8mm或4mm、内圈直径4 mm或2mm。

5.3 样品预处理

应根据样品实际情况对样品进行下列预处理：

a）表面颜色为深色、透明和反光的样品，需要对样品表面喷涂反差增强剂，再测量，反差增强剂应尽可能均匀喷涂在样品表面，并尽量喷薄；

b）尺寸较大样品、组合类样品、管道件样品.需要对样品进行拆分分解，再测量；c）对内部形状扭曲、壁厚不均匀的样品，如：玻璃制品、陶瓷制品，需要对样品进行切割或分裂，再测量；

d）对于尺寸较大、扫描难以获取完整图像的样品，可尝试贴标志点于样品表面后进行测量工作。

5.4 测量

5.4.1测量前仪器准备

测量前应进行下列仪器准备：

a）每次测量前使用标准测量块对仪器进行稳定性检查.按附录B方法执行；b）调整相机的曝光、增益使样品清晰；

c）将预处理好的样品放置在测量区域，控制物体旋转一定角度，以使能拍摄到不同视角物休的系列图像。

5.4.2 扫描

选择合适的扫描模式，开始进行扫描。

注：扫描模式一般有旋转扫描和不旋转扫描两种

5.4.3 图像处理

获取的图像按下列步骤进行处理：

a）根据程序合成的图像进行数据处理.优化点云・去除多余杂点.填补空洞；b）保存当前测量样品的工程数据建立档案・完成测量工作，典型样品的三维图形参见附录C。

5.5 分析结果的表述

结果保留三位有效数字.以两次测量结果的算术平均值作为试样的测量结果，

5.6 精密度

应符合下列要求：

a）在同一实验室，由同一操作者使用相同设备，按相同的测量方法；

b）在短时间内对同一被测对象相互独立进行测量获得的两次独立测量结果的绝对差值与算术平均的比值，以百分比表示，要求如表1所示。

6 第二法手持式面积测量仪法

6.1 试剂和材料

同5.1.6.2仪器与设备

6.2.1手持式面积测量仪主机（仪器结构示意图参见图A.2）：工业相机（分辨率）>130万像素；多线激光发射设备（激光器采用 CLASS II-人眼安全级别）.精度>0.03 mm。

6.2.2 标志点贴纸：同5.2.4.6.2.3标准校准板：由数量为5X5的同心圆圈矩阼组成，圆圈外直径8mm、内直径6mm。

6.3 样品预处理

同5.3。6.4测量

测量工作按下列步骤进行：

a）每次测量前。仪器需要按附录D完成精度校准，保证采集三维面积精度；

b）将标志点贴纸随机粘贴在样品上，避免有规律的粘贴；若样品特征不明显或棱角过于平缓，可通过标志点拼接，完成局部测量；

c）通过预扫描，调整扫描距离、亮度，捕抓标志点，移动扫描仪采集样品不同角度的图像，使采集的三维模型尽可能接近实际样品，如图1所示；

d）根据合成的图像进行数据处理，完成测量工作。

6.5分析结果的表述

结果保留三位有效数字，以两次测量结果的算术平均值作为试样的测量结果。

6.6精密度

同5.6.