[發(fā)明專利]一種高精度的數(shù)字散斑干涉相位定量測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110069385.7
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112797917B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)利平;唐信永;黃柳
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種高精度的數(shù)字散斑干涉相位定量測量方法，其特征在于：

步驟一：通過數(shù)字散斑干涉測量光路獲取待測物變形前后的散斑干涉圖，散斑干涉圖經(jīng)圖像處理獲得包含待測物變形信息且大小為M×N的包裹相位圖

步驟二：對包裹相位圖進(jìn)行濾波降噪，計算濾波后的包裹相位圖中每個像素點的可靠度，進(jìn)而組成可靠度圖R；

步驟三：識別包裹相位圖中的殘差點R_es，計算所有殘差點對應(yīng)的可靠度的平均值L以及可靠度圖的標(biāo)準(zhǔn)差H，使用平均值L與標(biāo)準(zhǔn)差H作為模糊區(qū)間，建立隸屬度函數(shù)，并使用隸屬度函數(shù)對可靠度圖進(jìn)行模糊歸類，獲得隸屬度矩陣μ；

步驟四：將隸屬度矩陣μ作為可靠度圖R的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均獲得掩膜閾值T_R；

步驟五：利用掩膜閾值T_R對可靠度圖R進(jìn)行二值化獲得權(quán)重矩陣w，并將權(quán)重矩陣w作為加權(quán)最小二乘方程組的權(quán)值進(jìn)行迭代求解獲得連續(xù)相位圖，由連續(xù)相位圖呈現(xiàn)待測物的變形量；

所述的待測物為圓形板待測物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的數(shù)字散斑干涉相位定量測量方法，其特征在于：所述的步驟一，具體為：通過搭建一維空間載波散斑干涉測量光路獲取待測物變形前的散斑干涉圖，對待測物加載面內(nèi)水平的力后再次采集散斑干涉圖作為變形后的散斑干涉圖，分別對兩幅散斑干涉圖進(jìn)行傅里葉變換，傅里葉變換結(jié)果中選擇正一級頻譜作傅里葉反變換再進(jìn)行反正切運(yùn)算獲得變形前后的相位圖，最后將變形前后的兩幅相位圖相減獲得包含待測物變形信息的大小為M×N的包裹相位圖

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的數(shù)字散斑干涉相位定量測量方法，其特征在于：所述步驟二中，在濾波降噪后采用以下公式處理獲得包裹相位圖中每個像素點的可靠度：

其中，R_i,j代表包裹相位圖在像素點(i,j)處的可靠度，i,j分別代表像素點所在的行列索引，且1≤i≤M-2，1≤j≤N-2；H_i,j和V_i,j為包裹相位圖像素點(i,j)處在行方向和列方向的二階差分；C_i,j和D_i,j分別代表包裹相位圖像素點(i,j)處的從左上角到右下角的對角線和從左下角到右上角的對角線的二階差分；W為包裹算子，表示包裹相位圖中在像素點(i,j)處的相位值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高精度的數(shù)字散斑干涉相位定量測量方法，其特征在于：所述步驟三，具體為：

3.1)通過以下公式識別包裹相位圖中各個像素點是否為殘差點，進(jìn)而獲得殘差點集合R_es：

其中，Res_i,j表示包裹相位圖中的像素點(i,j)為殘差點，others表示包裹相位圖中的像素點(i,j)不為殘差點；

3.2)采用如下公式計算所有殘差點對應(yīng)可靠度的平均值L：

其中，K代表殘差點的數(shù)量；

3.3)計算可靠度圖的標(biāo)準(zhǔn)差H：

其中，代表可靠度圖中所有像素點的平均值；M、N分別表示包裹相位圖中的行數(shù)和列數(shù)；

3.4)構(gòu)造如下的隸屬度函數(shù)，計算可靠度圖R對應(yīng)的隸屬度矩陣μ：

P＝L+(H-L)/(k+1)

其中：μ(R_i,j)表示可靠圖中像素點(i,j)處的隸屬度值；k表示變異系數(shù)，P表示隸屬度函數(shù)頂點所在的橫坐標(biāo)位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的數(shù)字散斑干涉相位定量測量方法，其特征在于：所述步驟四，具體為：根據(jù)隸屬度矩陣μ與可靠度圖R按照以下公式計算加權(quán)均值作為掩膜閾值T_R：

其中：μ(R_i,j)表示可靠圖中像素點(i,j)處的隸屬度值；R_i,j代表包裹相位圖在像素點(i,j)處的可靠度，M、N分別表示包裹相位圖中的行數(shù)和列數(shù)，i、j分別表示包裹相位圖中的行序數(shù)和列序數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的數(shù)字散斑干涉相位定量測量方法，其特征在于：所述步驟五，具體為：

先使用掩膜閾值T_R對可靠度圖進(jìn)行二值化分割獲得權(quán)重矩陣w：

其中，w_i,j表示權(quán)重矩陣w中坐標(biāo)(i,j)處的權(quán)重值；

再根據(jù)權(quán)重矩陣w建立包裹相位圖的加權(quán)最小二乘方程組，采用皮卡方法對加權(quán)最小二乘方程組進(jìn)行迭代求解，獲得連續(xù)相位圖，進(jìn)而表征待測物的變形量。