[發明專利]一種實時云紋干涉圖高速相位提取系統及提取方法

在審

• 申請號: 201811606986.1
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN110243289A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 馬峻;毛露露;陳壽宏;徐翠鋒;尚玉玲;郭玲
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 石燕妮

1.一種實時云紋干涉圖高速相位提取系統，其特征在于，該提取系統包括相位測量系統和控制模塊(10)，所述測量系統包括激光器(2)、分光耦合器(3)、相移器(4)、隔振平臺(1)、底座(15)、平移臺(16)、多維調節加載架(17)、試件放置臺(5)、云紋干涉光路結構(6)、可調節支桿(7)和圖像采集模塊(8)；所述控制模塊與所述圖像采集模塊電連接；

所述激光器(2)、分光耦合器(3)、相移器(4)、底座(15)設置于所述隔振平臺(1)上，所述平移臺(16)設置于底座上，所述多維調節加載架(17)設置于平移臺上，所述試件放置臺(5)設置于多維調節加載架(17)上，所述激光器(2)通過所述分光耦合器(3)與所述云紋干涉光路結構(6)連接，所述云紋干涉光路結構(6)設置于所述試件放置臺(5)的上方空間；所述移相器(4)與所述試件放置臺(5)連接；

激光器(2)發出的光經過云紋干涉光路結構后照射到待測試件表面，由待測試件反射至圖像采集模塊(8)中。

2.根據權利要求1所述的一種實時云紋干涉圖高速相位測量系統，其特征在于，所述云紋干涉光路結構(6)包括光纖分光器(60)、場鏡(61)、第一反射鏡(62)、第二反射鏡(63)、第三發射鏡(64)、第四反射鏡(65)、第一激光耦合器(66)、第二激光耦合器(67)、第一準直鏡(68)、第二準直鏡(69)，

所述光纖分光器(60)將激光發射器發射的光分成兩路，其中一路光依次經所述第一激光耦合器(66)、第四反射鏡(65)、第二準直鏡(69)、第二反射鏡(63)照射到所述待測試件(18)表面；另一路光依次依次經所述第二激光耦合器(67)、第一反射鏡(62)、第一準直鏡(68)、第三反射鏡(64)照射到所述待測試件(18)表面上。

3.根據權利要求1或2所述的一種實時云紋干涉圖高速相位提取系統，其特征在于，所述圖像采集模塊為COMS相機。

4.根據權利要求1所述的一種實時云紋干涉圖高速相位提取系統，其特征在于，所述控制模塊為FPGA。

5.一種采用如權利要求4所述的實時云紋干涉圖高速相位提取系統進行相位提取的方法，其特征在于，包括：

放置待測試件于云紋干涉光路結構的測試位置，對待測試件進行測試；

通過相移器實現相移操作，控制四次相移量依次為0、π/2、π、3π/2；

由FPGA控制CMOS相機，捕獲對應四次相移的四幅云紋干涉圖，并對云紋干涉圖像進行數字化處理；

所采集到的四幅云紋干涉圖，其對應的四次相移量依次為0、π/2、π、3π/2，則其對應的光強分布分別可表示為：

I₁(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)]

I₂(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π/2]

I₃(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π]

I₄(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+3π/2]

其中A(x,y)表示云紋干涉圖的背景光強，B(x,y)表示云紋干涉圖的調制光強，I₁表示CMOS相機采集的第一幅云紋干涉圖光強，I₂表示CMOS相機采集的第二幅云紋干涉圖相移π/2的光強，I₃表示CMOS相機采集的第三幅云紋干涉圖相移π的光強，I₄表示CMOS相機采集的第四幅云紋干涉圖相移3π/2的光強；

對采集到的數字云紋干涉圖進行預處理；

用四步相移算法，對預處理后的四幅云紋干涉圖的強度分布表達式聯立求解，得云紋干涉條紋圖的相位分布，

其中φ(x,y)的取值范圍為[0,2π]，反正切函數的取值范圍為[-π/2,π/2]；

根據CORDIC算法實現反正切運算，最終求解出相位。

6.根據權利要求5所述的一種實時云紋干涉圖高速相位提取方法，其特征在于，采用定點運算的方式來實現四步相移算法。