一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法
2023-07-22 15:12:56
專利名稱：一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法
技術領域：
本發明屬於光幹涉計量測試領域，特別是一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法。
背景技術：
移相干涉術是現今廣泛使用的光學面形測試技術，該技術使用幹涉儀採集一組移相干涉圖，每幅圖之間具有特定的相位差，根據幹涉圖可以恢復被測相位。這些相位差稱為移相量或移相步長，通過幹涉儀的移相器產生，如果移相量不準確，就會給恢復的相位帶來誤差。而在實際應用中，幹涉儀的移相器非線性等硬體因素，或振動等環境因素，均會產生移相量誤差，這成為制約移相干涉術測試精度的重要原因。為了從含有移相誤差的幹涉圖中恢復準確的相位，發展了很多相位恢復技術，這些技術主要有三類一類是要求特定的幹涉圖數量和移相步長的算法，這些算法對特定種類的移相誤差有抵抗作用，如哈裡哈蘭五步法，能夠減輕移相量的線性畸變造成的影響。第二類是振動補償算法，通過對恢復的誤差相位的修正，能夠抑制振動引起的移相量誤差造成的影響。這兩類技術的缺點在於，只對特定形式的移相誤差有效。第三類技術將移相量作為未知量，與被測相位同時求解，因此不再要求移相量必須為準確值。這類方法對不同形式的移相誤差均有效，但通常涉及複雜運算，例如迭代法中的迭代運算，加窗傅立葉變換最小二乘法的加窗傅立葉變換運算，這些運算耗時長，且需要謹慎地選擇控制參數，否則可能導致計算失敗。
發明內容
本發明所解決的技術問題在於提供一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法。實現本發明目的的技術解決方案為一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，包括以下步驟
步驟1、使用通用的移相干涉儀測試被測件，通過調整幹涉儀的參考鏡或測試件的傾斜量在幹涉圖中引入線性載頻，至幹涉圖中出現10根或更多的準平行直條紋時，操作幹涉儀採集到一組移相干涉圖，該組移相干涉圖包括集2 π幅，其中δ為幹涉儀移相步長； 步驟2、對上述採集到的移相干涉圖上的數據進行重新排列得到一幅新圖像； 步驟3、對上述新圖像進行快速傅立葉變換得到其頻譜，之後對頻譜進行濾波得到相位譜並排除了誤差；
步驟4、從相位譜中恢復擴展的相位，即對相位譜進行反傅立葉變換後，通過反正切計算和解包裹運算得到擴展的恢復相位；
步驟5、將擴展相位恢復到原始大小，從而得到被測相位。本發明與現有技術相比，其顯著優點為1)不需要假設移相誤差滿足特定形式，因此對各種類型的移相誤差均有效；2)使用較少數量的移相干涉圖，例如四幅，即可實現，可減少幹涉圖採集時間；3)由於僅使用固定次數的快速傅立葉變換、矩陣的加乘法運算和少量排序運算，因此計算速度快；4)該方法中大部分參數可自動確定，其餘的可由經驗給出， 無需根據不同對象反覆調整，具有很高的自動化程度。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
圖1為對一組移相干涉圖數據進行重新排列的示意圖，其中圖(a)為排列操作示意圖，圖(b)為對一組仿真圖像的操作結果。圖2為在頻域使用濾波提取相位譜的示意圖。圖3為實施例使用的四步移相干涉圖。圖4為實施例中對移相干涉圖重新排列得到的新圖像。圖5為實施例中將擴展相位恢復到原始大小後的面形圖。
具體實施例方式結合圖1、圖2，本發明的一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，包括以下步驟
步驟1、使用通用的移相干涉儀測試被測件，通過調整幹涉儀的參考鏡或測試件的傾斜量在幹涉圖中引入線性載頻，至幹涉圖中出現10根或更多的準平行直條紋時，操作幹涉儀採集到一組移相干涉圖，該組移相干涉圖包括集2 π幅，其中δ為幹涉儀移相步長；
步驟2、對上述採集到的移相干涉圖上的數據進行重新排列得到一幅新圖像；對移相干涉圖上的數據進行重新排列的方式為設新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一列順次插入新圖像右側，即以第一幅幹涉圖的第一列作為新圖像的第一列，第二幅幹涉圖的第一列作為新圖像的第二列，以此類推，當全部移相干涉圖的第一列排列完成後，再將各幅幹涉圖的第二列順次插入新圖像右側，直到各幅移相干涉圖上的所有列被插入新圖像；圖 1顯示了對四幅移相干涉圖的數據重新排列得到新圖像的操作，所用公式為
S'(Mx+ ,7) = ss(x，7)(1)
式中X、7為圖像中的橫縱坐標，I為移相干涉圖數量， =0，1,2,···, Μ-1, &表示第 幅移相干涉圖，V表示新圖像。對移相干涉圖上的數據進行重新排列還有另外一種方式
設新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一行順次插入新圖像下方，即以第一幅幹涉圖的第一行作為新圖像的第一行，第二幅幹涉圖的第一行作為新圖像的第二行，以此類推，當全部移相干涉圖的第一行排列完成後，再將各幅幹涉圖的第二行順次插入新圖像下方，直到各幅移相干涉圖上的所有行被插入新圖像，所用公式為
S1 (χ, My + m)= Sss (υ)(2)
步驟3、對上述新圖像進行快速傅立葉變換得到其頻譜，之後對頻譜進行濾波得到相位譜並排除了誤差；在頻譜中相位譜和誤差譜因步驟1引入之線性載頻而相互分離，如圖2所示，因此可以使用濾波窗提取出相位譜S1、排除誤差譜，對頻譜進行濾波的公式為其中^為頻譜，&i為相位譜，/；、/；為頻域坐標，濾波窗函數為
權利要求
1.一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1、使用通用的移相干涉儀測試被測件，通過調整幹涉儀的參考鏡或測試件的傾斜量在幹涉圖中引入線性載頻，至幹涉圖中出現10根或更多的準平行直條紋時，操作幹涉儀採集到一組移相干涉圖，該組移相干涉圖包括集2 π幅，其中δ為幹涉儀移相步長；步驟2、對上述採集到的移相干涉圖上的數據進行重新排列得到一幅新圖像；步驟3、對上述新圖像進行快速傅立葉變換得到其頻譜，之後對頻譜進行濾波得到相位譜並排除了誤差；步驟4、從相位譜中恢復擴展的相位，即對相位譜進行反傅立葉變換後，通過反正切計算和解包裹運算得到擴展的恢復相位；步驟5、將擴展相位恢復到原始大小，從而得到被測相位。
2.根據權利要求1所述的從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，其特徵在於， 步驟2對移相干涉圖上的數據進行重新排列的方式為設新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一列順次插入新圖像右側，即以第一幅幹涉圖的第一列作為新圖像的第一列，第二幅幹涉圖的第一列作為新圖像的第二列，以此類推，當全部移相干涉圖的第一列排列完成後，再將各幅幹涉圖的第二列順次插入新圖像右側，直到各幅移相干涉圖上的所有列被插入新圖像；所用公式為
3.根據權利要求1所述的從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，其特徵在於， 步驟2對移相干涉圖上的數據進行重新排列的另一種方式為設新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一行順次插入新圖像下方，即以第一幅幹涉圖的第一行作為新圖像的第一行，第二幅幹涉圖的第一行作為新圖像的第二行，以此類推，當全部移相干涉圖的第一行排列完成後，再將各幅幹涉圖的第二行順次插入新圖像下方，直到各幅移相干涉圖上的所有行被插入新圖像，所用公式為
4.根據權利要求1所述的從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，其特徵在於， 步驟3對頻譜進行濾波的公式為
5.根據權利要求1所述的從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，其特徵在於， 步驟4從相位譜中恢復擴展的相位所用公式為式中int[]表示取整操作符，y'為擴展後的縱坐標。
6.根據權利要求1所述的從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法，其特徵在於， 步驟5將擴展相位恢復到原始大小時，需要根據步驟2的情況確定操作方式，當步驟2中重新排列圖像數據的方式是按列進行時，按照第一種情況處理，當步驟2中重新排列圖像數據的方式是按行進行時，按照第二種情況處理，兩種情況分別為第一種情況在擴展相位Φβ中，從第一列開始，每間隔#列，即抽取一列，將所有抽取的列順次組合，即得到與原始相位大小相同的恢復相位Φ,公式為』行，將所有抽取
全文摘要
本發明提供一種從含有移相誤差的幹涉圖中恢復相位的方法。本發明使用通用的移相干涉儀測試被測件，在幹涉圖中引入線性載頻，操作幹涉儀採集到一組移相干涉圖；對移相干涉圖上的數據進行重新排列得到一幅新圖像並對其進行快速傅立葉變換得到其頻譜，之後對頻譜進行濾波，即得到相位譜並排除了誤差。對相位譜進行反傅立葉變換後，通過反正切計算和解包裹運算得到擴展的恢復相位，將擴展相位恢復到原始大小後，即可以得到被測相位。本發明從少量(例如四幅)移相干涉圖中即能夠排除移相量誤差造成的影響，恢復出準確的被測相位，以實現在非理想的測試環境和儀器條件下提升移相干涉儀測量精度的目的。
文檔編號G01J9/02GK102175332SQ201110023740
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者何勇, 朱日宏, 李博, 李建欣, 李金鵬, 王青, 陳磊, 高志山 申請人:南京理工大學