[發明專利]一種基于希爾伯特變換的光纖干涉條紋圖像相位提取方法

在審

• 申請號: 201810275345.6
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN109029739A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 段曉杰;王重祁;汪劍鳴;趙鶴;李鵬輝;李秀艷;王琦
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于希爾伯特變換的光纖干涉條紋圖像相位提取方法，主要包括下列步驟：

(1)通過搭建基于楊氏雙孔干涉的光纖干涉儀實現高密度余弦分布條紋結構光投影，并利用面陣相機采集受待測物體調制前與調制后的干涉條紋圖像；

(2)對基于步驟(1)中獲得的干涉條紋圖像進行灰度變換；

(3)通過對步驟(2)中獲得的灰度干涉條紋圖像進行第一次希爾伯特變換，圖像中直流分量得到有效濾除，且與希爾伯特變換前干涉條紋圖像成正交關系，獲取其正弦分量；

(4)基于步驟(3)中獲得的圖像進行第二次希爾伯特變換，得到與步驟(3)中獲得圖像成正交關系的新干涉條紋圖像，獲取其余弦分量；

(5)基于步驟(3)和步驟(4)中獲取的正弦分量與余弦分量(相互正交分量)構造解析信號；

(6)基于步驟(5)中得到的解析信號利用反正切函數求得瞬時相位信息，得到的相位場值域在(-π/2，π/2)范圍內，后續再對該相位進行解包裹處理，從而得到受待測物體調制前與調制后的全場相位值，求差獲得相位差信息；

步驟(1)中，將氦氖氣體激光器發出的波長為632.8nm的單色激光通過3dB光纖耦合器分光后分別進入到兩根光纖干涉臂中，光纖干涉臂輸出端由光纖夾固定，從而構建了基于楊氏雙孔干涉的光纖干涉儀，實現了在半徑50mm范圍內的干涉條紋結構光投影，條紋在其法線方向上呈余弦分布，最后將該條紋結構光投影至待測物體表面，干涉條紋由于待測物體高度調制而產生形變，利用面陣相機采集調制前與調制后的干涉條紋圖像；

步驟(2)中，利用面陣相機采集步驟(1)生成的干涉條紋圖像，將其轉換為灰度干涉條紋圖像，可表示為：a為背景光強，r(x，y)為干涉條紋圖像對比度，f₀干涉條紋空間頻率，為干涉條紋相位信息；由于待測物體表面高度(深度)差將導致條紋相位信息發生變化，其變化量與物體高度(深度)信息有關，因此提取為實現對待測物體高度(深度)信息的關鍵環節；

步驟(3)中，通過對步驟(2)得到的灰度干涉條紋圖像進行第一次希爾伯特變換后得到其中直流分量a被濾除，變換后的干涉條紋相位移動π/2，與希爾伯特變換前圖像成正交關系；

步驟(4)中，通過對步驟(3)得到的干涉條紋圖像進行第二次希爾伯特變換，得到變換后的干涉條紋相位再移動π/2，與步驟(3)中第一次希爾伯特變換后的干涉條紋圖像成正交關系；

步驟(5)中，通過步驟(3)和步驟(4)中得到的正弦量與余弦分量構造解析信號S(x，y)＝H{H[u(x，y)]}+jH[u(x，y)]；

步驟(6)中，由解析信號S(x，y)經過反正切函數求得的干涉條紋相位信息為。