[發明專利]一種基于頻譜能量的數字全息圖諧波探測與消除方法

有效

• 申請號: 201710179861.4
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106949968B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 徐先鋒;張志偉;張會;白芬;展凱云;張剛;賈玉磊;焦志勇;王澤城
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G03H1/16
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種基于頻譜能量的數字全息圖諧波探測與消除方法，其特征在于，所述基于頻譜能量的數字全息圖諧波探測與消除方法包括圖像的傅里葉變換、諧波頻譜的尋找、讀取諧波頻譜的坐標和復數值、計算諧波頻譜在水平豎直兩個方向上的頻率和在水平豎直兩個方向上的干擾強度系數以及初相位、利用參數構建諧波分布、圖像校正六個步驟完成有諧波干擾的圖像的處理；

所述基于頻譜能量的數字全息圖諧波探測與消除方法具體包括以下步驟:

第一步，圖像的傅里葉變換：使用計算機內的快速二維傅里葉變換算法完成對圖像的傅里葉變換；諧波在圖像上是有一定偏置的正余弦周期性分布的函數，其傅里葉頻譜函數值的模是三個對稱分布的δ函數，其中一個在頻譜面上的原點，另外兩個關于原點對稱分布；

第二步，諧波頻譜的尋找：由于δ函數是無限小的點，在頻譜面上的諧波的頻譜是三個很亮的點，零頻的點在原點，另兩個點對稱分布在原點的兩側；先分析出只包含該亮點的大體區域，再用依次求最大值的算法尋找；

第三步，讀取諧波頻譜的坐標和復數值：

用尋找最大值的方法得到諧波的其中一個非零頻譜的水平和豎直方向的頻譜坐標，分別設為u₁和v₁；再讀出對應該頻譜坐標的頻譜函數值，其實部和虛部分別設為E_r和E_i，則該頻譜的模為復數值的模E₁＝|E_r+jE_i|，也就是該頻譜的能量或強度；另一非零頻譜坐標對稱分布，頻譜函數值相等，不用讀取；同樣，原點的頻譜坐標為(0，0)，無需讀取，但需要讀取原點的頻譜的函數值，這一函數值對應全息圖的零級頻譜，為正實數，設為E₀；

第四步，計算諧波在水平豎直兩個方向上的頻率和干擾強度系數：

假設諧波頻譜在頻譜面上水平方向上的坐標為u₁，在豎直方向上的頻譜坐標為v₁；求出水平方向的諧波頻率和在豎直方向上的諧波頻率f_x和f_y；

假設諧波對應的非零頻譜和全息圖的零級頻譜的函數值的模分別為E₁和E₀，則由這兩個參數求得諧波的干擾強度系數m；

假設諧波頻譜對應函數值的實部和虛部分別設為E_r和E_i；求出諧波對應的初相位

第五步，利用參數構建諧波分布：

利用得到的水平方向的諧波頻率和在豎直方向上的諧波頻率和干擾強度系數以及初相位四個參數組建諧波的強度分布；

第六步，圖像校正：

求出諧波的強度分布后，通過圖像相減完全去掉強度圖中的諧波成分，得到消除諧波影響后的干涉圖。

2.如權利要求1所述的基于頻譜能量的數字全息圖諧波探測與消除方法，其特征在于，所述圖像的傅里葉變換具體包括：

設圖像的強度分布為I(x,y)，使用計算機內的快速二維傅里葉變換算法完成對圖像的傅里葉變換，即：

E(u,v)＝FFT2[I(x,y)] (1)

在這些頻譜中，含有物光信息的頻譜是連續的，且分布范圍較大；諧波在原圖像上是具有一定偏置的正余弦函數分布；諧波的傅里葉頻譜的模是三個對稱分布的δ函數，其中一個在頻譜面上的原點，另外兩個關于原點對稱分布。

3.如權利要求1所述的基于頻譜能量的數字全息圖諧波探測與消除方法，其特征在于，用依次求最大值的算法尋找頻譜坐標方法包括：

對全息圖，零頻分量的能量遠大于高頻分量；對數字全息圖進行傅里葉變換后，零級分量最強，利用數值算法對整個頻譜面的數組求最大值，只能得到零級頻譜；

先將零頻賦值為0，再找最大值，找到兩個諧波譜中的一個，記下其坐標和復數值；最后把零頻的值再恢復到原值。

4.如權利要求2所述的基于頻譜能量的數字全息圖諧波探測與消除方法，其特征在于，所述一定偏置來自于光的直透項或常數項。