[發明專利]一種基于菱形矢量歸一化的快速相位提取方法

有效

• 申請號: 201911356316.3
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN110926375B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 姚勇;吳乾超;劉楚彥;淦亞蘋;傅艷萍;田佳峻;楊彥甫
• 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;G06T7/00
• 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

本發明涉及光學檢測領域，特別涉及一種基于菱形矢量歸一化的快速相位提取方法。包括以下步驟：S1.采集兩幅被測物體形貌的干涉圖；S2.對兩幅干涉圖濾出直流分量；S3.對兩幅干涉圖構建菱形矢量；S4.歸一化菱形矢量；S5.求解相位信息。該方法通過構建菱形矢量，并對其歸一化，不需要知道移相值，可以直接從干涉圖中提取出相位信息。只需要采集兩幅干涉圖，克服了傳統的相位提取算法需要采集多幅干涉圖才能準確的提取出相位信息的缺點。該方法采用非迭代的方式，可以快速的提取相位信息，適用于動態形貌測量。

技術領域

本發明涉及光學檢測領域，特別涉及一種基于菱形矢量歸一化的快速相位提取方法。

背景技術

隨著科技的不斷進步與發展，工業上對儀器的精密性要求越來越高，而在工業加工過程中，不可避免會出現加工誤差。儀器件加工好壞的檢測需要快速、準確地對被測物體的三維形貌進行恢復。因此，對微觀三維形貌的快速檢測十分重要。提高檢測速度可以分為兩方面。一方面是從實驗裝置上改進測量系統，另一方面是改進三維形貌恢復中的關鍵算法。當前的測量系統可以大致分為接觸測量和非接觸測量。其中非接觸測量具有速度快、無損傷的優點，被廣泛應用于微觀形貌的三維檢測。非接觸測量包括結構光三角測量、條紋投影法、立體投影、移相干涉測量等。在非接觸測量中，使用最廣泛的就是移相干涉測量。

因此，移相干涉測量系統中快速準確的恢復被測物體的形貌是學者們研究熱點。相位提取是微觀三維形貌恢復的一個關鍵技術，相位提取就是從干涉圖中提取出相位信息，從而獲得被測物體的高度信息。傳統的相位提取算法需要采集至少五幅干涉圖，才能準確的從干涉圖中提取出相位信息。采集到的干涉圖越多，相對的精度就越高。但是采集干涉圖需要時間，因此需要五幅干涉圖十分不利于實時動態的形貌測量。

近年來，研究者們為了提高測量速度以及測量精度，提出了大量相位提取算法。按照算法使用的數學方法，我們可以將其分為兩類。迭代算法和非迭代算法。迭代算法需要進行多次迭代以獲取高精度的相位信息提取，這需要耗費大量的計算時間。不利于實時動態測量。因此，研究者們提出了很多非迭代算法進行相位提取，其中包括三步施密特正交(GS3)、主成分分析法(PCA)、差分歸一化(DN)、差分歸一化與菱形矢量歸一化(DNDDVN)等。這些算法采用非迭代的算法可以獲得較高精度的相位提取，但是這些算法至少需要采集三幅干涉圖，相對于只需要兩幅干涉圖的相位提取算法還是需要花費更多的時間。

迭代算法耗時長，三步相位提取算法需要采集三幅干涉圖，為了能快速的提取相位，采用兩步非迭代算法是一種很好的解決方案。

發明內容

本發明提供一種基于菱形矢量歸一化的快速相位提取方法，旨在提供一直一種采用非迭代的方式，只需要采集兩幅干涉圖，可以快速進行相位提取的運算方法。

本發明提供一種基于菱形矢量歸一化的快速相位提取方法，包括以下步驟：

S1.采集兩幅被測物體形貌的干涉圖：

在移相值是隨機未知的情況下，將兩幅干涉圖表示為：

其中，a(x,y)表示背景光強，b(x,y)表示調制幅度；δ₁表示第一幅圖的移相值，δ₂表示第二幅干涉圖的移相值，φ(x,y)表示被測物體的相位信息；在接下來的分析，我們省略(x,y)。

S2.對兩幅干涉圖濾出直流分量：

在濾出直流分量后，方程(1)化簡為：

S3.對兩幅干涉圖構建菱形矢量：

將I₁和I₂分別相加、相減，構建一個菱形矢量，如公式