[發明專利]用于提高激光干涉條紋實時相移幀率的快速處理方法

在審

• 申請號: 201510556415.1
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN105136055A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 張東升;劉斌;吳榮
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 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: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種用于提高激光干涉條紋實時相移幀率的快速處理方法，屬于光電檢測領域。

背景技術

近二十年來，各種光學干涉技術，例如，散斑干涉、云紋干涉等技術，已成為變形場測量的重要方法。它們基于光學干涉的原理，具有很高的靈敏度，可以測量受力物體表面的位移和位移導數。由于它具有全場測量、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精密測量中。

傳統的光學干涉儀，通常以干涉條紋圖的形式給出測量結果。由于受到各類噪聲的影響，其信噪比很差。為了對結果進行定量分析，通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。相移技術的引入，提高了干涉條紋的測量精度，實現了干涉條紋的自動化處理。該方法通過在檢測過程中引入多幅已知相移量的干涉條紋，使用相移算法求解代表物面變形的位相。

相移法的引入，簡化了干涉條紋的定量分析，并提高了測量精度以及結果的信噪比。但是，由于相移法在執行過程中，需要進行大量的計算。同時為了提高相移圖像的質量而運用的濾波方法也需消耗時間。傳統的處理方法難以實現干涉條紋位相的實時顯示，限制了該方法實際應用的潛力。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種用于提高激光干涉條紋實時相移幀率的快速處理方法。該方法既充分發揮了傳統相移技術的優點，又能實時地計算和顯示干涉條紋的位相。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于提高激光干涉條紋實時相移幀率的快速處理方法，操作步驟包括：

1)在初始時刻，對被測物體采集四幅干涉圖像，它們依次間隔有π/2相移量，運用四步相移法對上述四幅干涉圖像進行解調獲得被測物體初始時刻的位相結果；

2)為提高求解位相的信噪比，使用均值濾波算法對步驟1)中得到的初始位相圖進行濾波；

3)在測量過程中，利用壓電相移器以給定的頻率持續間隔π/2相移量，并實時采集被測物體加載以后的四幅干涉圖；

4)運用圖像分區方式，對步驟3)中采集到的四幅加載后的干涉圖像沿高度方向由上至下進行四等分，在對圖像進行分區時，各區域之間需要保留相交部分；

5)根據圖像的四個分區，將加載后的干涉圖像一一對應，并運用四步相移法計算出被測物體各個分區的位相結果，同時使用步驟2)的均值濾波算法對被測物體四個分區的位相圖進行濾波。計算機通過并行計算，同時進行四個分區的四步相移計算和濾波處理；

6)將步驟5)中計算出的被測物體四個區域的相位圖按照步驟4)的分區方式進行逆向拼接，形成一幅完整的被測物體加載后的位相圖；

7)將步驟6)計算出的被測物體加載后的位相圖減去步驟2)中初始時刻的位相圖，得到被測物由于加載引起的位相圖像；

8)在測量過程中不斷重復步驟3)到步驟7)的過程，即實現實時位相檢測。

所述步驟1)在初始時刻，對被測物體采集四幅干涉圖像，它們分別如下表示：

其中，(x,y)是圖像的空間坐標，f_i(x,y),i＝0,1,2,3是初始時刻采集到的四幅干涉圖像，它們依次有π/2的相移量，a(x,y),b(x,y)分別表示干涉圖像的背景和幅值，是初始時刻的干涉位相，其通常是隨機噪聲；

運用四步相移法，計算出被測物體初始時刻的位相結果：

所述步驟2)為提高求解位相的信噪比，使用均值濾波算法對步驟1)中得到的進行普通均值濾波，濾波處理后的位相結果如下表示：

其中表示被測物體初始時刻的經過濾波的位相結果，F{}表示均值濾波運算，該算法的特點在于，算法執行的時間幾乎與濾波窗口N×N的尺寸無關。

所述步驟3)在測量過程中，相移器發出以2π為周期、依次間隔為π/2的相移量，并同步采集被測物體一個相移周期內的四幅干涉圖像，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，則認為所采集到的4幅干涉圖之間，由物體變形所引起的位相變化是相同的，當前時刻采集的的4幅干涉圖，表達為：

其中g_i(x,y),i＝0,1,2,3···表示被測物體變形后當前時刻采集到的四幅干涉圖像，表示被測物體加載后的位相，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的目標量，與物體變形相對應。