[發明專利]雙通道干涉測量中面陣圖像傳感器的空間匹配校正方法

有效

• 申請號: 201310740438.9
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103712573A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 呂曉旭;王函鹍;羅春姝;王翰林;鐘麗云;鄧健
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/16;G01N21/45;G01J9/02
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;高文龍

技術領域

本發明涉及干涉測量、光電檢測、數字干涉測量領域，具體是指雙通道干涉測量中面陣圖像傳感器的空間匹配校正方法。

背景技術

光學干涉測量技術是公認的實現形狀、形變和折射率等物理量精密測量的常用手段，多通道相移干涉測量方法是降低環境影響，實現動態相位測量的重要技術。實現多通道相移干涉測量時，除了要求圖像傳感器之間的光電性能一致之外，需要圖像傳感器之間的空間位置和取向嚴格匹配，才能在不同圖像傳感器上獲得相位精密匹配的干涉圖，從而保證測量結果的精度。

在干涉測量中，直接記錄到的是干涉光場的強度分布，而被測物理量則直接或間接地反應在干涉條紋的相位的變化中，因此從干涉條紋圖的光強分布中提取相位信息的方法，即光學相位測量方法，受到人們的重視。光電數字圖像傳感器的出現和計算機技術的發展為相位測量技術的發展創造了有利的條件并推動了它的發展。光學相位測量方法中最主要的方法之一是相移干涉測量方法，這種方法能夠達到千分之一波長的高精度。通常采用時域相移方法實現相移干涉測量，該方法在不同時刻在干涉圖中附加單調變化的相移量，同時采集不同相移量的多幅相移干涉圖，繼而從序列相移干涉圖中計算出待測量的相位。時域相移方法的主要問題是相移過程中容易受外界環境干擾，難以實現動態相位測量。

為了在相移干涉測量中減少外界環境干擾，實現動態相位測量，發展出了在同一時刻實現不同相移量相移的同步相移方法，這種方法可在同一時刻不同空間位置采集多幅相移干涉圖。由于這種方法能同時采集到多幅不同空間位置的相移干涉圖，能夠用于動態相移干涉測量。由于是在不同空間位置同時采集相移干涉圖，為了保證測量精度，除了要求不同探測器光電性能一致之外，還需使不同圖像傳感器之間的縱向位置、橫向位置、傾斜角度、旋轉角度等空間參數實現精密匹配。

發明內容

本發明的目的是提出一種雙通道干涉測量中面陣圖像傳感器的空間匹配校正方法，該方法利用面陣光電圖像傳感器件光敏面上的像素的二維周期光柵結構、根據干涉和衍射原理、通過相關算法計算等方法，實現雙通道及多通道相移干涉測量中不同圖像傳感器之間橫向和縱向位置、傾斜和旋轉角度等空間參數的精密匹配。

本發明的上述目的通過如下技術方案來實現的：雙通道干涉測量中面陣圖像傳感器的空間匹配校正方法，包括如下步驟：

（1）設置干涉光路，以干涉光路中入射光線傳輸方向為x方向，y方向垂直于x方向，兩個圖像傳感器中一個位于x方向，另一個位于y方向，首先根據干涉光路的設置將兩個圖像傳感器中的一個確定為參考傳感器，另外一個以參考傳感器為調校標準進行調校，兩個圖像傳感器分別承托在各自的六維調節支架上；

（2）在干涉光路中加入三孔板和分光棱鏡，三孔板正對入射光線，并且位于x方向和y方向相交的交點之前，分光棱鏡位于三孔板后方，且分光棱鏡的中心線與三孔板的中心線相重合，利用重心重合法對兩個圖像傳感器進行初步對準，具體過程為：入射光線通過三孔板后，經過分光棱鏡分為兩束光線后分別在兩個圖像傳感器的陣列面上成像；根據圖像的重心不變性，計算出兩幅圖像的不同區域的重心位置，粗略調整兩個圖像傳感器的橫向位置、縱向位置、偏轉角和旋轉角，通過調整使得兩個圖像傳感器不同區域重心位置重合，實現兩個圖像傳感器之間的橫向位置、縱向位置、偏轉角和旋轉角的粗略校準和匹配；

（3）光柵衍射法進行角度調整：移除干涉光路中的三孔板，用激光通過分光棱鏡照向兩個圖像傳感器，在觀察屏幕上可以看到兩個圖像傳感器表面反射出的衍射光斑，調節圖像傳感器各自的六維調節支架的調節鈕，使兩個圖像傳感器的衍射光斑完全重合并出現干涉條紋，實現兩個圖像傳感器的初步匹配，初步匹配后得到精確的橫向位置匹配以及較精確的縱向位置、偏轉角和旋轉角的匹配，該六維調節支架能夠實現左右、上下、前后三個平移調節以及水平、垂直偏轉調節、繞圖像傳感器陣列面法向旋轉調節；

（4）球面波干涉法與光柵衍射法結合進行距離和角度精密調整：在干涉光路中移除三孔板，在放置三孔板的位置替換成透鏡，使照射激光變為球面光波，精細調節六維調節支架的調節鈕，使觀察屏幕上各點的干涉條紋級次最少，實現兩個圖像傳感器除左右、上下位置外的空間位置精密校準，兩個圖像傳感器除左右、上下位置外的空間位置指的是橫向位置、縱向位置、偏轉角和旋轉角位置，其中，橫向位置，即垂直于激光傳播方向的平面空間中的位置，縱向位置指的是沿著激光傳播方向的位置，偏轉角的意思是圖像傳感器平面法線與激光傳播方向的夾角，旋轉角就是在橫向位置中兩個圖像傳感器光柵線方向之間的夾角。