[发明专利]双通道干涉测量中面阵图像传感器的空间匹配校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及干涉测量、光电检测、数字干涉测量领域，具体是指双通道干涉测量中面阵图像传感器的空间匹配校正方法。

背景技术

光学干涉测量技术是公认的实现形状、形变和折射率等物理量精密测量的常用手段，多通道相移干涉测量方法是降低环境影响，实现动态相位测量的重要技术。实现多通道相移干涉测量时，除了要求图像传感器之间的光电性能一致之外，需要图像传感器之间的空间位置和取向严格匹配，才能在不同图像传感器上获得相位精密匹配的干涉图，从而保证测量结果的精度。

在干涉测量中，直接记录到的是干涉光场的强度分布，而被测物理量则直接或间接地反应在干涉条纹的相位的变化中，因此从干涉条纹图的光强分布中提取相位信息的方法，即光学相位测量方法，受到人们的重视。光电数字图像传感器的出现和计算机技术的发展为相位测量技术的发展创造了有利的条件并推动了它的发展。光学相位测量方法中最主要的方法之一是相移干涉测量方法，这种方法能够达到千分之一波长的高精度。通常采用时域相移方法实现相移干涉测量，该方法在不同时刻在干涉图中附加单调变化的相移量，同时采集不同相移量的多幅相移干涉图，继而从序列相移干涉图中计算出待测量的相位。时域相移方法的主要问题是相移过程中容易受外界环境干扰，难以实现动态相位测量。

为了在相移干涉测量中减少外界环境干扰，实现动态相位测量，发展出了在同一时刻实现不同相移量相移的同步相移方法，这种方法可在同一时刻不同空间位置采集多幅相移干涉图。由于这种方法能同时采集到多幅不同空间位置的相移干涉图，能够用于动态相移干涉测量。由于是在不同空间位置同时采集相移干涉图，为了保证测量精度，除了要求不同探测器光电性能一致之外，还需使不同图像传感器之间的纵向位置、横向位置、倾斜角度、旋转角度等空间参数实现精密匹配。

发明内容

本发明的目的是提出一种双通道干涉测量中面阵图像传感器的空间匹配校正方法，该方法利用面阵光电图像传感器件光敏面上的像素的二维周期光栅结构、根据干涉和衍射原理、通过相关算法计算等方法，实现双通道及多通道相移干涉测量中不同图像传感器之间横向和纵向位置、倾斜和旋转角度等空间参数的精密匹配。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：双通道干涉测量中面阵图像传感器的空间匹配校正方法，包括如下步骤：

（1）设置干涉光路，以干涉光路中入射光线传输方向为x方向，y方向垂直于x方向，两个图像传感器中一个位于x方向，另一个位于y方向，首先根据干涉光路的设置将两个图像传感器中的一个确定为参考传感器，另外一个以参考传感器为调校标准进行调校，两个图像传感器分别承托在各自的六维调节支架上；

（2）在干涉光路中加入三孔板和分光棱镜，三孔板正对入射光线，并且位于x方向和y方向相交的交点之前，分光棱镜位于三孔板后方，且分光棱镜的中心线与三孔板的中心线相重合，利用重心重合法对两个图像传感器进行初步对准，具体过程为：入射光线通过三孔板后，经过分光棱镜分为两束光线后分别在两个图像传感器的阵列面上成像；根据图像的重心不变性，计算出两幅图像的不同区域的重心位置，粗略调整两个图像传感器的横向位置、纵向位置、偏转角和旋转角，通过调整使得两个图像传感器不同区域重心位置重合，实现两个图像传感器之间的横向位置、纵向位置、偏转角和旋转角的粗略校准和匹配；

（3）光栅衍射法进行角度调整：移除干涉光路中的三孔板，用激光通过分光棱镜照向两个图像传感器，在观察屏幕上可以看到两个图像传感器表面反射出的衍射光斑，调节图像传感器各自的六维调节支架的调节钮，使两个图像传感器的衍射光斑完全重合并出现干涉条纹，实现两个图像传感器的初步匹配，初步匹配后得到精确的横向位置匹配以及较精确的纵向位置、偏转角和旋转角的匹配，该六维调节支架能够实现左右、上下、前后三个平移调节以及水平、垂直偏转调节、绕图像传感器阵列面法向旋转调节；

（4）球面波干涉法与光栅衍射法结合进行距离和角度精密调整：在干涉光路中移除三孔板，在放置三孔板的位置替换成透镜，使照射激光变为球面光波，精细调节六维调节支架的调节钮，使观察屏幕上各点的干涉条纹级次最少，实现两个图像传感器除左右、上下位置外的空间位置精密校准，两个图像传感器除左右、上下位置外的空间位置指的是横向位置、纵向位置、偏转角和旋转角位置，其中，横向位置，即垂直于激光传播方向的平面空间中的位置，纵向位置指的是沿着激光传播方向的位置，偏转角的意思是图像传感器平面法线与激光传播方向的夹角，旋转角就是在横向位置中两个图像传感器光栅线方向之间的夹角。