[發明專利]一種基于希爾伯特變換的相移干涉條紋圖批量選取方法

有效

• 申請號: 202010002291.3
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111121615B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 王光輝;陳家璧;曹朔;呂星
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京捷芯科技有限公司
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于希爾伯特變換的相移干涉條紋圖批量選取方法，利用余弦型條紋圖強度分布的性質選取出相位差為的干涉條紋圖，根據希爾伯特變換是一個90°的相移濾波器的性質選取出相位差為的干涉條紋圖，從而最優化地自動批量選取四步相移法中所需要的四幅相移為90°的條紋圖，并且處理時間快，解相位的精度高。

技術領域

本發明屬于干涉條紋圖處理方法領域，特別涉及到一種基于希爾伯特變換的相移干涉條紋圖進行批量選取的新方法，從而精確獲取干涉條紋圖中的相位信息。

背景技術

數字全息顯微術是獲取樣品內部三維結構的重要方法，通過記錄待測物體在多個觀測角度下的干涉條紋圖，數值再現出各個角度下的相位信息，將相位信息作為層析重建的投影數據，運用相應的重建算法就可以得到物體內部結構的三維折射率分布。近年來，數字全息顯微術在測量細胞、花粉等生物樣品以及光纖結構等方面具有廣泛的應用。相位信息作為重建算法的輸入數據，相位信息的精確與否直接影響到重建結果。

目前解相位的方法主要有相移法和傅里葉變換法。傅里葉變換法只需一幅干涉條紋圖就可以解相位，但是條紋圖中的直流分量和隨機誤差會降低測量精度，對于含有樣品信息的彎曲條紋，誤差更大。相移法需要利用多幅條紋圖，可以有效去除各種隨機誤差，精度高，目前廣泛使用的是四步相移法，每一步移動90°。但是相移法對實驗條件要求高，采集多幅條紋圖的同時，物體需要靜止狀態，相移裝置需要避免振動，目前減小振動的影響所廣泛采用的方法是相移器勻速運動，干涉條紋圖錄入視頻的方式。然后將視頻中的每一幀提取出圖片，尋找出四幅相移均為90°的條紋圖，由于觀測樣品的角度很多，取圖的工作量大，耗時，并且不能確保取出的相移圖是最優結果。

發明內容

本發明的內容是，提供一種基于希爾伯特變換的相移干涉條紋圖批量選取方法，對數字全息顯微層析成像光路系統相移過程中采集的干涉條紋視頻進行自動化處理，批量選取出四步相移法中所需要的四幅相移為90°的條紋圖，縮短了處理時間，提高了相移法解相位的精度。

具體技術方案包括如下步驟：

1、將相移過程的干涉條紋的視頻提取出干涉條紋圖；

2、確定相移法中的第一幅條紋圖，利用相乘運算，根據乘積結果的最小值找到第三幅；

余弦型干涉條紋圖的強度分布為：

其中，

相移角度為的條紋圖強度分布為：

對兩幅條紋圖直接相乘得到：

++

對上式在整個條紋圖范圍求和得到：

顯然，當相移角度等于時，乘積結果最小；當等于0時，乘積結果最大。所以，與第一幅條紋圖乘積結果最小的即為第三幅條紋圖的最優選擇。

3、對第一幅圖進行希爾伯特變換，與第二幅圖做乘積運算，乘積的結果最小的條紋圖即為最理想的第二幅條紋圖；

希爾伯特變換是一種特殊的線性濾波器，對于實值函數，其希爾伯特變換可以用積分形式表示為：

希爾伯特變換是一個90°的相移濾波器，可以產生兩個相互正交的信號。信號經過希爾伯特變換后，幅值不變，相位移動，并且直流分量被濾除。

所以對進行希爾伯特變換得到：

經過希爾伯特變換后，與相位相差，兩者乘積結果最小。所以，與第一幅條紋圖經過希爾伯特變換后的乘積結果最小的即為第二幅條紋圖的最優選擇。