[發明專利]一種時空混合匹配的雙波長同時相移干涉測量方法

有效

• 申請號: 201610168731.6
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105758295B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 呂曉旭;邱翔;熊佳翔;劉勝德;鐘麗云
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 深圳市智圈知識產權代理事務所(普通合伙) 44351
• 代理人: 韓紹君

本發明公開了一種時空混合匹配的雙波長同時相移干涉測量方法，包括：構造共路雙波長同時相移雙波長干涉系統，使兩不同波長的激光沿相同的路徑形成雙波長混合干涉條紋圖，通過壓電陶瓷傳感器移動產生相移量，同時使用單個黑白CCD采集N幅雙波長同時相移雙波長干涉圖；對所述N幅干涉圖進行主成份分析，得到兩個波長下的相移量，然后對這兩個波長下的相移量進行矯正，把矯正后的相移量代入最小二乘迭代算法，計算出兩個波長下的包裹相位；將所述兩個波長的包裹相位進行相減并解包，得到合成波長下待測相位分布。所提出的方法裝置簡單，測量范圍大，精度高，穩定可靠，對相移器精度要求低。

技術領域

本發明涉及數字全息測量或光學干涉測量領域，具體涉及一種時空混合匹配的雙波長同時相移干涉測量方法。

背景技術

光學干涉測量技術廣泛用于物體的三維形貌測量，具有高精度，全場性，非接觸性的特點。對于單波長干涉術，可以得到高精度的物體表面形貌，但若是干涉圖中相連像素點間對應的物體高度差大于半個照明的激光波長的話，就會存在相位模糊問題。為了解決這個問題，提出了雙波長干涉術或多波長干涉術。對于雙波長干涉術，合成波長Λ是通過兩個波長λ₁和λ₂得到的，即Λ＝λ₁λ₂/|λ₁-λ₂|。對得到的兩單波長包裹相位作差，得到雙波長包裹相位，且這個相位可能會有2π的跳變問題，對其進行一次解包裹操作可以得到待測物體的合成波長相位。這樣即在一定程度上解決了單波長的相位模糊問題。

在得到合成波長相位前，需要先從干涉圖中提取兩波長下的包裹相位，這些提取方法通常有三類：第一類是空域傅里葉變換法，第二類是空域相移法，第三類是時域相移法。空域傅里葉變換法和空域相移法都可以用于動態相位測量，但精度沒有時域相移法高，且空域傅里葉變換法的測量精度受濾波窗口以及噪聲影響較大，還會丟失一些物體的空間頻率信息；空域相移法可以用多個CCD來實現，但裝置復雜，也可以用一個黑白CCD來實現，但可能會損失物體的一些細節信息，且精度也沒有時域相移法高；目前被提出的時域相移法有兩種形式，一種是需要在兩個單波長下分別采集一組相移干涉圖來提取兩個單波長的包裹相位，但測量過程繁瑣，容易受到外界的振動和空氣擾動的影響，另一種是采集一系列同時相移雙波長干涉圖來提取兩個單波長下的包裹相位，但現有的包裹相位提取方法存在以下問題：對相移量精度要求高，不穩定，精度低，需要的干涉圖多。

發明內容

針對于現有技術中存在的對較大突變物體測量時出現相位模糊、計算不穩定、精度不高和對環境穩定和相移器相移精度要求高以及測量過程復雜的技術問題，本發明提供了一種時空混合匹配的同時相移雙波長干涉測量方法。

本發明提供的方法包括以下步驟：

構造共路同時相移雙波長干涉系統，使兩不同波長的激光沿相同的路徑形成雙波長混合干涉條紋圖，通過壓電陶瓷傳感器移動產生相移量，同時使用單個黑白CCD采集N幅同時相移雙波長干涉圖；

對所述N幅干涉圖進行主成份分析，得到兩個波長下的相移量，然后對這兩個波長下的相移量進行矯正，把矯正后的相移量代入最小二乘迭代算法，計算出兩個波長下的包裹相位；

將所述兩個波長的包裹相位進行相減并解包，得到合成波長下待測相位分布。