[發明專利]用于高信噪比散斑干涉的實時相移方法

有效

• 申請號: 201210086926.8
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102645174A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 張東升;李凱
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海麥田富潤科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

????本發明涉及一種用于散斑干涉的實時相移方法，屬于光電檢測領域。

背景技術

散斑干涉測量技術（ESPI）近二十年來已成為變形場測量的重要方法。散斑干涉術是在全息干涉術基礎上發展起來的測量位移和位移導數的一種新的測量方法，由于它具有可以全場測量、光路簡單、調節方便、對環境要求低等特點，因此被廣泛用于各類干涉測量中。

傳統的散斑干涉法，通常以干涉條紋圖的方式給出測量結果，由于受到散斑噪聲的影響，其信噪比很差，為定量的給出測量結果，常常需要進行復雜的人工處理，比如確定條紋中心線，為條紋定級等工作。相移法的引入，大大提高了散斑干涉的工作效率，極大的促進的散斑干涉方法的實用化。該方法通過在檢測過程中采集多幅具有相對相移量的散斑條紋圖，并使用相應的相移算法直接解調出位相。

雖然相移法的引入，大大簡化了散斑干涉的定量分析，并提高了該方法的測量精度以及所獲得結果的信噪比，但是，由于相移法在操作過程中，對于每一次測量至少需要提取三幅以上的條紋圖，再加上相移器本身的機械運動的時間限制，引入相移法的散斑干涉很難做到實時性，這就大大降低了該方法實際應用的有效性。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種用于高信噪比散斑干涉的快速相移解算方法，該方法既能保持傳統相移法的優點，又能實時的計算和顯示散斑干涉的位相。

為達到上述目的，本發明提出一種用于高信噪比散斑干涉的實時相移方法，采用的特征技術方案如下：

1、在初始時刻，對被測物體采集四幅散斑圖，它們依次間隔有????????????????????????????????????????????????相移量，將這四幅散斑相移圖保存下來；

2、在測量過程中，不斷產生間隔相移量，并實時采集被測物體的散斑圖；

3、把當前時刻采集到的散斑圖與最近時刻采集的三幅散斑圖和初始時刻保存的四幅散斑圖像分別相減，得到四幅當前時刻的散斑相移條紋圖；

4、為提高之后求解位相的信噪比，使用一種快速均值濾波算法對步驟3中得到的四幅散斑相移條紋圖進行濾波。

5、用四步相移法對步驟4得到的散斑相移條紋圖進行解調獲得位相結果；

6、在測量過程中不斷重復步驟2到步驟5的過程，即可實現高信噪比的實時位相檢測。

具體處理方法如圖1所示包含以下步驟：

1、??初始時刻，對被測物體采集四幅散斑圖，依次間隔有相移量，它們分別如下表示：

?????????????????????????????????????????????????????

其中，是圖像的空間坐標，是初始時刻采集到的四幅散斑圖像，它們依次有相移量，，分別表示背景和幅值，是初始時刻的散斑位相，其通常是隨機散斑噪聲。

2、??在測量過程中，相移器發出以為周期、依次間隔為的相移量，并同步采集被測物體的散斑圖像，當前時刻采集的第幅散斑圖，存儲為：

???(2)

其中，表示當前時刻相對于起始時刻的位相變化（該位相也就是所要檢測目標量，與物體變形相對應），表示除以4所得的余數。由于的取值范圍為，所以在測量過程中，始終只存儲4了幅散斑圖：，，，。在測量過程中，如果采集圖像的速度遠大于物體變形的速度，則可認為所采集到的4幅散斑圖之間，由物體變形所引起的位相變化是相同的：

?????????????????????????????????????(3)

由此，可將變形過程中記錄下的4幅散斑圖表示為：

??????????????????????????????(4)

3、??通過所采集到的初始時刻的4幅相移圖，以及測量過程中存儲的4幅相移圖，可以計算出當前時刻與初始時刻之間由物體變形所引起的位相差：

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(5)

其中，

????????(6)

??????(7)

4、??為提高求解位相的信噪比，使用一種快速均值濾波算法對步驟3中得到的和進行快速平均濾波，濾波結果如下表示：