[发明专利]用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，属于光电检测领域。

背景技术

近二十年来，各种光学干涉技术，例如，散斑干涉、云纹干涉等技术，已成为变形场测量的重要方法。它们基于光学干涉的原理，具有很高的灵敏度，可以测量受力物体表面的位移和位移导数。由于它具有全场测量、光路简单、调节方便、对环境要求低等特点，因此被广泛用于各类精密测量中。

传统的光学干涉仪，通常以干涉条纹图的形式给出测量结果。由于受到各类噪声的影响，其信噪比很差。为了对结果进行定量分析，通常需要进行复杂的人工处理，比如确定条纹中心线、为条纹定级等。相移技术的引入，提高了干涉条纹的测量精度，实现了干涉条纹的自动化处理。该方法通过在检测过程中引入多幅已知相移量的干涉条纹，使用相移算法求解代表物面变形的位相。

相移法的引入，简化了干涉条纹的定量分析，并提高了测量精度以及结果的信噪比。但是，由于相移法在执行过程中，需要进行大量的计算。同时为了提高相移图像的质量而运用的滤波方法也需消耗时间。传统的处理方法难以实现干涉条纹位相的实时显示，限制了该方法实际应用的潜力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法。该方法既充分发挥了传统相移技术的优点，又能实时地计算和显示干涉条纹的位相。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，操作步骤包括：

1)在初始时刻，对被测物体采集四幅干涉图像，它们依次间隔有π/2相移量，运用四步相移法对上述四幅干涉图像进行解调获得被测物体初始时刻的位相结果；

2)为提高求解位相的信噪比，使用均值滤波算法对步骤1)中得到的初始位相图进行滤波；

3)在测量过程中，利用压电相移器以给定的频率持续间隔π/2相移量，并实时采集被测物体加载以后的四幅干涉图；

4)运用图像分区方式，对步骤3)中采集到的四幅加载后的干涉图像沿高度方向由上至下进行四等分，在对图像进行分区时，各区域之间需要保留相交部分；

5)根据图像的四个分区，将加载后的干涉图像一一对应，并运用四步相移法计算出被测物体各个分区的位相结果，同时使用步骤2)的均值滤波算法对被测物体四个分区的位相图进行滤波。计算机通过并行计算，同时进行四个分区的四步相移计算和滤波处理；

6)将步骤5)中计算出的被测物体四个区域的相位图按照步骤4)的分区方式进行逆向拼接，形成一幅完整的被测物体加载后的位相图；

7)将步骤6)计算出的被测物体加载后的位相图减去步骤2)中初始时刻的位相图，得到被测物由于加载引起的位相图像；

8)在测量过程中不断重复步骤3)到步骤7)的过程，即实现实时位相检测。

所述步骤1)在初始时刻，对被测物体采集四幅干涉图像，它们分别如下表示：

其中，(x,y)是图像的空间坐标，f_i(x,y),i＝0,1,2,3是初始时刻采集到的四幅干涉图像，它们依次有π/2的相移量，a(x,y),b(x,y)分别表示干涉图像的背景和幅值，是初始时刻的干涉位相，其通常是随机噪声；

运用四步相移法，计算出被测物体初始时刻的位相结果：

所述步骤2)为提高求解位相的信噪比，使用均值滤波算法对步骤1)中得到的进行普通均值滤波，滤波处理后的位相结果如下表示：

其中表示被测物体初始时刻的经过滤波的位相结果，F{}表示均值滤波运算，该算法的特点在于，算法执行的时间几乎与滤波窗口N×N的尺寸无关。

所述步骤3)在测量过程中，相移器发出以2π为周期、依次间隔为π/2的相移量，并同步采集被测物体一个相移周期内的四幅干涉图像，在测量过程中，如果采集图像的速度远大于物体变形的速度，则认为所采集到的4幅干涉图之间，由物体变形所引起的位相变化是相同的，当前时刻采集的的4幅干涉图，表达为：

其中g_i(x,y),i＝0,1,2,3···表示被测物体变形后当前时刻采集到的四幅干涉图像，表示被测物体加载后的位相，表示当前时刻相对于起始时刻的位相变化，该位相也就是所要检测的目标量，与物体变形相对应。