[发明专利]一种从线性载频移相干涉图中恢复出真实相位的方法

说明书

本发明涉及一种从线性载频移相干涉图中恢复出真实相位的方法。首先，选取三幅移相干涉图，通过三幅图像的像素尺寸确定分组；然后，利用评价函数计算出所有分组数据的全局移相量，再利用公式得到每幅图之间的全局移相量；最后，利用最小二乘原理得到压包相位分布，再经过展开操作、二维一次项拟合、消除线性载频，最终恢复出真实相位分布。通过本发明提出的算法可以准确快速的恢复出待求的真实相位分布，所需要的移相次数少，缩短了采集数据的时间，算法对线性载频的频率、干涉图的对比度以及背景光强的均匀性均没有限制，因此算法的鲁棒性较高，可以广泛地应用于干涉计量与测试、条纹投影、全息干涉等领域。

技术领域

本发明涉及移相干涉测量技术邻域，具体涉及一种从线性载频移相干涉图中恢复出真实相位的方法。

背景技术

移相干涉术是一种应用于光学干涉测量中的技术。该技术的精度高，稳定性好，硬件实现方式多样，四十多年来，始终受到研究者们的广泛关注。在移相干涉术中，需要采集一幅以上的干涉图，一般来说，若要在存在背景光强、调制度不一致的情况下，能够准确恢复的真实相位，需要采集干涉图的数量大于等于三幅，并且在这些干涉图之间需要引入一定的全局移相量。经典的移相算法包括固定步长的移相算法、可变步长的移相算法、随机移相的迭代算法等。近年来，研究者们提出了多种全新的移相算法，包括2帧的正则化条纹的移相算法、未知或未校正移相量的移相算法以及通用移相算法等，这些算法能够仅采集1-2幅干涉图，并从中求解真实相位分布，但是对于背景光强以及调制度需要有一些额外的要求。产生全局移相量的方法，最常见的方法是通过压电陶瓷促动器推动参考镜面进行移动，除此之外，还有波长调谐、随机移相、倾斜移相等多种方法。这些产生全局移相量的方法各有特点，在光学测量、数字全息术、条纹投影技术等方面有着重要的作用。在一些情况下，全局移相量是一个已知量，通过先验信息给出预期值，但是这个值在实际实验中经常会产生误差，例如环境振动的影响。在另一些情况下，全局移相量本身即为未知量，需要计算一系列干涉图之间全局移相量。

对于上述全局移相量的求解，Farrell和Player提出了基于李萨如图进行拟合的方法，Brug提出了计算干涉信号的相关强度的算法，Goldberg和Boker等人提出了基于单点傅里叶变换的方法，该方法通过比较两幅干涉图之间载频频率的功率变化，计算全局移相量，但是所有的干涉信号都是有限长度的，载频频率不是单一频率的，+1级频谱会出现频谱泄露，仅通过计算单一频率的功率变化不能完全反映出全局移相量的变化，造成了计算精度下降；Guo和Rong等人提出了基于能量最小傅里叶变换的算法，然而，测量采集的干涉图受到切趾效应、背景光强不均匀、信号包络、随机噪声等因素的影响，+1级频谱的边带可能会与零级频谱发生混叠，这一问题显著降低了计算结果的准确性，尤其是载频频率不高的时候影响明显；Vishnyakov和Levin等人提出了将两幅干涉图相减再进行傅里叶变换的方法，可以有效避免混叠现象的出现，使得该算法在载频很低的情况下，也可以有较高的计算精度，然而该算法在计算过程中，需要使用三幅干涉图，从而限制了应用的范围；此外，Bai和Rao提出了一种无须傅里叶变换的全局移相量计算方法，对干涉图的载频没有要求，可以在背景光强不均匀以及存在包络调制的情况下计算全局移相量，但仅用于恢复全局移相量为nπ/2时的相位分布；因此，现有的全局移相量求解算法仍然存在一些局限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种从线性载频移相干涉图中恢复出真实相位的方法，通过对线性载频干涉图进行计算，在不存在测量噪声的理想情况下，对于全局移相量未知的移相干涉图，能够从中完全准确的计算出全局移相量，并且对载频频率没有特别要求，能够提高现有方法的鲁棒性和求解的精确度。

本发明的技术方案如下：

一种从线性载频移相干涉图中恢复出真实相位的方法，包括如下步骤：