一、立项来源、背景: 金相检验是特种设备领域的重要检验方法，便携式显微镜是现场金相检验最主要、重要的检验设备之一。然而，显微镜自发明以来，景深太小、只能平面观察、图像清晰度不足、局部高/低反光无法正确观测和显微视场过小等问题，一直限制着生产和科研中显微镜的使用。便携式金相显微镜属于显微镜的分支，亦面临此问题。着科技的发展，人们对微观世界的观察认识提出越来越高的要求，在需求的驱动下，数码3D显微镜同样得到了迅猛的发展。因此，急需开发一种能够应用于现场的，可以全面观察微观目标且便于携带的3D金相显微镜，满足日益复杂的现场检测要求。

    二、基本检测原理: 现场用便携式超景深3D显微系统属于现场显微镜的新型分支，亦属于数码显微镜的一部分，其光学原理与经典光学显微镜相同金相显微镜主要由光学系统、照明系统和机械系统三部分组成，其中由光源、反光镜、物镜组、目镜和多组聚光镜组组成光学系统；底座上安装有低压灯泡 (为提高光源可靠性现多用冷光源即 LED 灯), 反光镜、孔径光栏、视场光栏和聚光镜组成照明系统；试样台、物镜转换器、接目镜、粗调和微调手轮、视场光栏和孔径光栏构成机械系统，新型的金相显微镜还具备瞬时高清抓拍和图像处理功能。

    三、技术路线: 对现有现场金相显微镜的性能、适用场合、优缺点、市场供应情况进行调研，形成调研报告；利用现有现场金相显微镜，装配大型电动平台，实现显微镜的电动控制；在以上两条的基础上，研究数码3D显微镜标定系统，在此基础上研究标定实验过程。根据标定得到的实验结果研究图片复原，通过复原图片与原图片的比较提出了外参数的校正并进行外参数校正实验，进行标定结果的分析方法研究。本项目创新点：（1）能够得到多层聚焦清晰的平面显微镜图像，解决样品表面高低不平的问题；（2）能够对样品的微观形貌进行3D成像和测量，包括深度方向，也可以多角度观察样品，突破了观察方向单一的缺点；（3）该显微镜可以拿到手上使用，具有良好的便携性，在生产现场进行3D检测，克服了普通显微镜只能应用于实验室的不足。

    四、本项目通过研究3D金相显微镜开发研究，取得的成果如下： 1. 利用现有现场金相显微镜，装配大型电动平台，实现显微镜的电动控制； 2. 研究数码3D金相显微镜标定系统，在此基础上研究标定实验过程。根据标定得到的实验结果研究图片复原，通过复原图片与原图片的比较提出了外参数的校正并进行外参数校正实验，进行标定结果的分析方法研究。采用3D测量法对标定实验得到的实验结果精确度进行评价并把标定出的内外参数应用于3D重构。根据不同z坐标标定参数，匹配对点可以生成一个三维坐标点，获取待测物体的三维信息。由于立体匹配寻找到的特征点有限，以及图像噪声和遮挡的影响等，匹配后计算的点云是比较稀疏的，并不能完整的描述待测物体原有的形状等特征。为了得到精细的三维图像通过插值的方法，增加点云数量，形成稠密的点云图，获取待测物体的三维信息定出三维重建参数；然后，使用和标定步骤相同的单应性矩阵校正任意显微图像再用非局部代价聚合匹配算法对校正后的立体显微图像进行立体匹配；最后，根据建立的三维重建模型，结合标定重建参数精准计算出物体的三维数据； 3.完成相关软件开发后，实现大型整体设备的小型化，便携化； 4.制作原理样机，形成产品，满足现场测试要求。

    五、展望及应用前景: 本项目设想采用近几年新兴的3D光学检测—超景深3D显微测量技术，对管道和压力容器进行检测，通过真彩色的3D建模技术来测量现场金相与现场腐蚀的XYZ三维尺寸。该系统利用计算机实现图像的采集、显示和处理，应用电动3D成像技术，测过程操作简单，不仅减少了现场金相打磨时间，而且能有效的避免现阶段常规检验时间过长、检验难度过高、检验费用偏高等缺点。本项目的实施可为特种设备检测机构在用压力容器管道金相检测与腐蚀检测检测提供基础理论和实践方法，突破性的为特种设备检测机构提供更加高效便捷的方法和设备，解决现特种设备检验机构在该项目上“检不准、检不快”的技术难题，并依据压力容器管道表面缺陷的三维建模，进行定量评级，为特种设备检验提供更科学的控制指导建议，也提高特种设备检验机构服务企业的科技能力。在特种设备行业有很好的推广应用前景。