[發(fā)明專利]一種恢復相移干涉圖相位分布、及獲取兩幅圖間相移量的方法

有效

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• 申請日: 2014-12-20
• 公開（公告）號: CN104614083A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王翰林;趙暉;劉滿林;劉俊;張浠;安昕
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山市南海區(qū)歐譜曼迪科技有限責任公司
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 深圳市盈方知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44303
• 代理人: 周才淇;朱曉江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學成像領(lǐng)域，尤其涉及的是一種基于施密特正交法的獲取兩幅圖之間的相移量的方法，以及恢復相移干涉圖相位分布的方法。

背景技術(shù)

近年來，從未知相移量的干涉圖中恢復待測相位的分布，是相位恢復方法研究的熱點，主要包括傅里葉變換方法和基于最小二乘原理的迭代方法，反余弦方法，主成份分析方法等。

其中，基于傅里葉變換方法恢復出待測相位，是通過對單幅干涉圖進行空域傅里葉變換，在頻域中分離出干涉圖的-1級頻譜的實部和虛部，利用反正切函數(shù)計算待測相位分布。這種方法能從單幅干涉圖中恢復出待測相位信息，但要求干涉圖有一定的附加空域載頻以滿足0級和-1級頻譜相分離的要求。利用傅里葉變換方法確定干涉圖之間的相移量，是通過對干涉圖進行空域傅里葉變換，在載頻頻率處計算出干涉圖的整體相移量，然后通過常用的相移方法求得待測相位，但基于傅里葉變換的相位方法均要求干涉圖中引入一定的空間載頻。

在基于最小二乘原理的相移量或相位提取方法中，首先提出的是已知相移量情況下的K幅干涉圖的最小二乘解；后來又發(fā)展出了未知相移量情況下的最小二乘迭代方法以及基于最小二乘原理的改進迭代方法，即首先任意設(shè)定一組相移量作為迭代運算相移量的初始值，通過對相移量和待測相位進行交替迭代運算，可以同時計算出待測相位與相移量。此外，發(fā)展出了基于衍射原理的最小二乘迭代方法，在待測相位滿足衍射規(guī)律分布的?前提下，最少用三幅干涉圖就可以確定出干涉圖的相移量，但在實際測量中，有些物體的相位分布并不滿足衍射規(guī)律，某種程度上限制了該方法的應(yīng)用。為提高迭代運算的計算速度，發(fā)展出了另一種確定相移量的迭代方法，利用物光波的統(tǒng)計特性計算出接近于干涉圖實際相移量的迭代初始值，然后再進行迭代運算以提高計算精度，從而加快了相移量提取的速度。

通過時域變化的光強序列確定出干涉圖的背景光強和調(diào)制強度，用反余弦函數(shù)求出每幅干涉圖的相位，然后利用多幅干涉圖的相位進行平均，能夠在不需要精確控制相移量的情況下測量出待測相位，這種方法相位提取結(jié)果準確，但是運算量大，計算時間長。

基于主成份分析的相位恢復方法能夠從一系列未知相移量的干涉圖中快速地恢復相位。一般來說，主成份分析方法主要包括三個步驟：①利用干涉圖的數(shù)據(jù)，得到一個協(xié)方差矩陣；②利用奇異值分解法將協(xié)方差矩陣對角化；③通過霍特林變換得到干涉圖的第一主成分和第二主成分，即干涉圖的兩個正交分量。主成份分析法恢復相位，由于需要通過時域平均的方法去除干涉圖的背景，因此，要求干涉圖的相移量均勻地分布在0到2π范圍內(nèi)，使用條件比較苛刻。

從較少的干涉圖中快速高精度恢復相位是研究的熱點，如從單幅圖、兩幅圖、三幅圖中恢復相位等。從單幅干涉圖中準確地提取相位信息，在表面輪廓、溫度梯度和形變測量等方面有著廣泛的應(yīng)用。在靜態(tài)相位測量中，相移技術(shù)是高精度地恢復相位最好的方法，然而，對于動態(tài)過程和快速瞬態(tài)過程，相移技術(shù)就不適用，針對這些情況，從單幅圖中恢復相位展開的研究越來越多。傅里葉變換的方法可以從單幅載頻條紋中恢復相位，但這種方法對噪聲敏感，當干涉圖中的相位變化較大時，恢復出的相位誤差很大。基于正則化相位跟蹤是從單幅條紋中恢復相位的重要方法，這種方法利用系統(tǒng)的線性方程來分析開環(huán)或封閉的條紋，由于采用自適應(yīng)濾波器，可以解決傅立葉變換技術(shù)中存在的問題。然而，這種方法需要利用迭?代運算求解線性方程組，因而會帶來收斂和耗時的問題。

此外，一些僅從兩幅相移干涉圖恢復相位的方法不斷見諸報導，這些方法有利于降低振動、氣流變化等環(huán)境因素影響，在相移量未知的情況下，從最少的干涉圖中重建相位而不出現(xiàn)符號模糊問題。從兩幅圖中恢復相位主要有三種方法，第一種方法是利用傅里葉變換來恢復相位；第二種方法是先通過某種變換得到調(diào)制幅度與相位正弦的乘積，然后利用反正切函數(shù)恢復相位；第三種方法的先獲取兩幅圖之間的相移量，然后恢復相位分布。基于傅里葉變換的兩步相位恢復方法是從兩幅相移干涉圖中求解相位的一種基本方法，其主要缺點是對噪聲敏感。基于正則化的光流方法抑制噪聲效果比較好，而且對兩幅干涉圖間的相移量沒有特殊要求，但是要利用迭代的方法求解計算條紋圖方向的參數(shù)，因此，這種方法的主要缺點是計算量大。利用施密特正交化的兩步相位恢復方法可快速準確地計算相位分布，但是要求干涉圖中至少存在一個以上的條紋變化。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種恢復相移干涉圖相位分布、及獲取兩幅圖間相移量的方法，旨在解決現(xiàn)有的從未知相移量的干涉圖中恢復待測相位分布的方法對噪聲敏感、計算量大或者要求干涉圖中至少存在一個以上的條紋變化等問題。