[发明专利]一种基于条纹图像频谱分析的干涉测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及到一种基于条纹图像频谱分析的干涉测量方法。

背景技术

高精密度平面光学元件在光学工程领域有着极为广泛的应用。为了实现这些元件的面形检测、三维形貌获取及光学均匀性测试，通常采用基于光干涉原理的高精度干涉仪设备以及相应的干涉条纹测量方法。基于傅里叶变换处理干涉条纹图像是目前常用的一种干涉测量方法，其可以从单幅干涉条纹图像中获取待测光学元件的相关信息，降低了干涉系统的复杂程度，同时可以有效克服外界振动带来的干扰，适用于各类动态光学测量场合。

然而在实际使用该方法进行干涉测量时，由于干涉条纹图像在进行傅里叶变换时会产生频谱能量泄露，并且基于频谱旁瓣峰值去除条纹图像载频的方法并不够准确，实际测算得出的波面相位值会存在较大的测量误差。近年来有多位学者针对图像频谱泄露问题提出了改进方案，但多以损失部分测量区域或增加大量运算处理时间为代价(楚兴春,吕海宝,赵尚弘.基于傅里叶变换的高准确度条纹细分方法；黄菁,朱日宏,陈磊.基于样本块匹配的干涉图延拓方法)。同时也有学者对条纹图像的载频准确估计方法进行了研究(粟银,范琦,王云飞.干涉条纹的高准确度傅里叶变换分析)，但其提出的基于旁瓣质心位置进行载频估计的方法存在物理意义不明确的不足，会对最终的相位值计算工作产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于条纹图像频谱分析的干涉测量方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于条纹图像频谱分析的干涉测量方法，具体步骤为：

步骤1、采集干涉条纹灰度图像；

步骤2、对干涉条纹灰度图像进行延拓预处理得到干涉条纹延拓图像；

步骤3、提取干涉条纹延拓图像延拓边缘区域的像素点，按条纹分布对其灰度值进行多项式线性回归处理，得到平滑处理后的干涉条纹延拓图像；

步骤4、对平滑处理后的干涉条纹延拓图像进行频谱分析处理得到去载频图像频谱；

步骤5、根据去载频图像频谱计算出待测光学元件的面形分布。

本发明的方法与现有技术相比，其优点为：1)本发明的方法基于经改进的条纹图像延拓方法与条纹载频估计方法进行条纹图像分析处理，具有更高的干涉测量精度。2)本发明的方法处理流程简单，算法耗时短，有利于开发高效的软件产品。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明使用的基于条纹图像频谱分析的干涉测量方法流程图。

图2是本发明使用的干涉条纹图像延拓平滑预处理方法流程图。

图3是本发明使用的干涉条纹图像载频估计方法流程图。

图4是本发明实施例1采集的原始干涉条纹图像。

图5是本发明实施例1原始干涉条纹二维傅里叶变换频谱图。

图6为本发明实施例1中滤波后的频谱作逆变换得到的新图像。

图7是本发明实施例1原图像中非拓展条纹区域的像素值替换新图像中的相同位置得到的新图。

图8是本发明实施例1迭代50次后的干涉条纹延拓图像。

图9为本发明实施例1其中一组像素点分别在平滑前后的灰度值分布图，图9(a)为平滑前的灰度值分布图，图9(b)为平滑后的灰度值分布图。

图10是本发明实施例1完成延拓及平滑处理后的最终效果图。

图11为每一次迭代运算后的新偏移量δ随迭代次数Q的变化情况。

图12是本发明实施例1最终得到的面形分布结果图及波差图，其中图12(a)为最终得到的面形分布结果图，图12(b)为最终得到的波差图。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述

具体实施方式

本发明提出了一种基于条纹图像频谱分析的干涉测量方法，具体步骤为：

步骤1、采集干涉条纹灰度图像，具体步骤为：

步骤1.1、使用干涉仪装置针对待测光学元件进行测试，生成一幅加载频的干涉条纹图像；

步骤1.2、对生成的干涉条纹图像进行采集并上传至计算机；

步骤1.3、将干涉条纹图像转换为灰度图像，其灰度值分布表示如下：

式中，a(x,y)和b(x,y)分别代表条纹图像的背景与调制度，f_x0与f_y0分别为x，y方向的空间载波频率，为待测相位。

步骤2、对干涉条纹灰度图像进行延拓预处理得到干涉条纹延拓图像，具体步骤为：

步骤2.1、对干涉条纹灰度图像进行二维快速傅里叶变换，干涉条纹图像灰度值分布的复数表达形式为：