[發明專利]一種帶載頻單幅干涉條紋相位重構方法

有效

• 申請號: 201910254803.2
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109916332B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 張洪鑫;張旭;仇浩然;周昊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種帶載頻單幅干涉條紋相位重構方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：讀取由干涉測量裝置采集到的帶載頻單幅干涉條紋圖，其干涉強度為：

I(x,y)＝a(x,y)+c(x,y)exp[2πj(f′_xx+f′_yy)]+c^*(x,y)exp[-2πj(f′_xx+f′_yy)]

式中，a(x,y)為背景光強度，c^*(x,y)為c(x,y)的共軛，b(x,y)為干涉條紋的調制度，是被測光學元件的波面相位，f′_x和f′_y分別是x和y方向的載頻；

步驟2：對干涉圖中圓形輪廓內的條紋，采用基于條紋相似度最大的延拓方法進行延拓，使條紋從圓域延拓到矩形區域，延拓分為三步：(1)計算條紋邊界上每一點的優先延拓系數，中心點P為條紋邊界上的任一點，以P點為中心的模板ψ_p的優先延拓系數表示為：

其中α是歸一化因子，取值255；|ψ_p|是模板的面積，C(q)是模板內像素點的貢獻度值，C(q)取值為1或0，n_p為P點處干涉圖邊界的單位法向量，是P點處的單位等照度，計算如下：

式中I_x(p)和I_y(p)分別為P點在x和y方向的偏微分；(2)確定條紋邊界上優先延拓系數最大的點P'和與之對應的模板ψ_P′，然后在條紋區域進行掃描，找到與ψ_P′的條紋結構最相似的模板ψ_q′，即滿足模板ψ_q′與模板ψ_P′對應像素的灰度值的均方差之和最小；將模板ψ_q′內的數據復制到模板ψ_P′當中，完成優先延拓系數最大的模板的延拓；(3)更新邊界點，重復步驟(1)和(2)，直到非條紋區域被填充滿，完成延拓；

步驟3：對延拓后的矩形干涉條紋進行二維傅里葉變換，得到空間譜：

I(f_x,f_y)＝A(f_x,f_y)+C(f_x-f′_x,f_y-f′_y)+C^*(f_x+f′_x,f_y+f′_y)

其中A(f_x,f_y)為零級譜,C(f_x-f′_x,f_y-f′_y)和C^*(f_x+f′_x,f_y+f′_y)分別為正負1級譜，也稱作載頻，其中包含有被測光學元件的波面相位信息；

步驟4：將矩形干涉條紋的傅里葉變換空間譜，投影到二維平面上得到二維譜圖像；(1)對譜圖像進行圖像處理：首先將圖像二值化，得到能用0和1區分開背景與目標譜的二值圖；然后通過腐蝕膨脹處理，濾除譜輪廓內部的假邊緣，只保留譜的邊界；(2)提取正一級譜的位置坐標：對正一級譜C(f_x-f′_x,f_y-f′_y)計算質心坐標Z(f′_x,f′_y)和質心Z(f′_x,f′_y)到零級譜中心O(f_x,f_y)的距離(3)解調載頻分量：按照距離OZ的大小平移正一級譜到零級譜中心位置，濾除零級譜，解調出載頻分量C(f_x,f_y)；

步驟5：對解調后的載頻分量C(f_x,f_y)進行二維傅里葉逆變換，求出c(x,y)，通過解相位公式，求出包裹相位

步驟6：對包裹相位采樣，得到離散相位沿著x和y方向分別求相位梯度：

相位梯度系數為：

對ρ_ij求二維離散余弦變換，求出ρ_ij′：

將ρ_ij′帶入下式，解包裹，重構出相位