[發明專利]一種基于兩步非線性移相的快速高精度相位提取方法

有效

• 申請號: 201911330172.4
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111006611B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 姚勇;傅艷萍;吳乾超;劉楚彥;淦亞蘋;楊彥甫;田佳峻
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06F17/11
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

本發明適用于信號處理技術改進領域，提供了一種基于兩步非線性移相的快速高精度相位提取方法，包括：S1、利用兩幅干涉圖擬合出一個斜橢圓方程；S2、利用最小二乘法求解斜橢圓方程的系數；S3、根據求解的斜橢圓方程系數求解斜橢圓的參數；S4、根據獲取的斜橢圓參數將斜橢圓轉換成標準的橢圓方程；S5、通過標準的橢圓方程提取出相位信息。通過斜橢圓轉換為標準橢圓的過程，校正了由光源不穩定、空氣擾動以及移相器不穩定所帶來的移相誤差，提高算法的精度。不需要提前濾除直流分量，利用非迭代的方法直接從干涉圖中提取相位信息，提高算法的運行速度，可以實現快速的測量。

技術領域

本發明屬于信號處理技術改進領域，尤其涉及一種基于兩步非線性移相的快速高精度相位提取方法。

背景技術

精密零器件的數量級在微米甚至納米級別，在精密零器件的生產加工中，不可避免的存在各種誤差，一些微小的形變將會導致零器件的功能受到影響，因此對零器件微觀形貌的檢測十分重要。形貌的檢測可以分為接觸測量和非接觸測量。接觸測量使用機械探針，探針與物體接觸會損壞物體，探針也需要經常更換，增加了成本。非接觸測量具有效率高、穩定性好、避免對零器件二次損傷的優點，受到人們的廣泛關注。為了獲得相位信息，好的相位提取算法至關重要。經典的相位提取算法需要知道確定的移相值，然而在移相中，由于光源不穩定、空氣擾動以及移相器的不穩定所引起的移相誤差，會導致經典相位提取算法精度急劇下降。為了提高移相精度，克服平移誤差(移相器未對準所導致)的影響，涌現了一大批相位提取算法，包括主成分分析法(PCA)，李薩如圖形與橢圓擬合(LEF)，斯密特正交與橢圓擬合(GSLEF)，斯密特正交與最小平方迭代(GSLSI)，主成分分析與橢圓擬合(PCALEF)，橢圓擬合與最小平方迭代(LEFLSI)等等。然而移相器的非線性以及非均勻性所導致的傾斜移相誤差尚未克服，影響算法的精度。

為了克服傾斜移相誤差，研究者們提出了大量相位提取算法。2000年，陳等利用泰勒展開的方法來補償隨機傾斜移相誤差，該算法只能處理小幅度的傾斜相移。2008年，徐等提出利用改進的最小平方迭代算法提取傾斜移相值，再利用移相值推算出相位信息，此算法需要進行迭代，導致算法運行時間長。為了擴大使用范圍，劉等提出利用三步迭代算法，可以提取大幅度傾斜移相，然而，這個算法耗時長，不利于動態測量。近期，WIELGUS用非線性誤差最小化從兩副圖中提取傾斜移相值，可以獲得較快的速度，然而這種算法需要提前濾除背景光強，這會給算法引入新的誤差。而且這種算法只針對線性傾斜移相有效，對于非線性傾斜移相，此算法不能有效的提取出相位信息。

雖然在人們提出的移相干涉相位提取算法中可以在傾斜移相的情況下提取出相位，但這些方法都各自存在不足，無法滿足快速、高精度的從傾斜移相干涉圖中精確的提取出相位。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于兩步非線性移相的快速高精度相位提取方法，旨在解決由移相器的非線性以及非均勻性引起的隨機非線性移相誤差、背景光強和調制幅度擾動等影響的問題。

本發明是這樣實現的，一種基于兩步非線性移相的快速高精度相位提取方法，所述基于兩步非線性移相的快速高精度相位提取方法包括以下步驟：

S1、利用兩幅干涉圖擬合出一個斜橢圓方程；

S2、利用最小二乘法求解斜橢圓方程的系數；

S3、根據求解的斜橢圓方程系數求解斜橢圓的參數；

S4、根據獲取的斜橢圓參數將斜橢圓轉換成標準的橢圓方程；

S5、通過標準的橢圓方程提取出相位信息。

本發明的進一步技術方案是：所述步驟S1中兩幅干涉圖在存在背景光強、調制幅度擾動及隨機非線性移相誤差下表示為其中，a₁(x,y),a₂(x,y)表示背景光強，b₁(x,y),b₂(x,y)表示調制幅度，δ(x,y)表示兩幅干涉圖之間的移相量。