[发明专利]一种实时云纹干涉图高速相位提取系统及提取方法

权利要求书

1.一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，其特征在于，该提取系统包括相位测量系统和控制模块(10)，所述测量系统包括激光器(2)、分光耦合器(3)、相移器(4)、隔振平台(1)、底座(15)、平移台(16)、多维调节加载架(17)、试件放置台(5)、云纹干涉光路结构(6)、可调节支杆(7)和图像采集模块(8)；所述控制模块与所述图像采集模块电连接；

所述激光器(2)、分光耦合器(3)、相移器(4)、底座(15)设置于所述隔振平台(1)上，所述平移台(16)设置于底座上，所述多维调节加载架(17)设置于平移台上，所述试件放置台(5)设置于多维调节加载架(17)上，所述激光器(2)通过所述分光耦合器(3)与所述云纹干涉光路结构(6)连接，所述云纹干涉光路结构(6)设置于所述试件放置台(5)的上方空间；所述移相器(4)与所述试件放置台(5)连接；

激光器(2)发出的光经过云纹干涉光路结构后照射到待测试件表面，由待测试件反射至图像采集模块(8)中。

2.根据权利要求1所述的一种实时云纹干涉图高速相位测量系统，其特征在于，所述云纹干涉光路结构(6)包括光纤分光器(60)、场镜(61)、第一反射镜(62)、第二反射镜(63)、第三发射镜(64)、第四反射镜(65)、第一激光耦合器(66)、第二激光耦合器(67)、第一准直镜(68)、第二准直镜(69)，

所述光纤分光器(60)将激光发射器发射的光分成两路，其中一路光依次经所述第一激光耦合器(66)、第四反射镜(65)、第二准直镜(69)、第二反射镜(63)照射到所述待测试件(18)表面；另一路光依次依次经所述第二激光耦合器(67)、第一反射镜(62)、第一准直镜(68)、第三反射镜(64)照射到所述待测试件(18)表面上。

3.根据权利要求1或2所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，其特征在于，所述图像采集模块为COMS相机。

4.根据权利要求1所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，其特征在于，所述控制模块为FPGA。

5.一种采用如权利要求4所述的实时云纹干涉图高速相位提取系统进行相位提取的方法，其特征在于，包括：

放置待测试件于云纹干涉光路结构的测试位置，对待测试件进行测试；

通过相移器实现相移操作，控制四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2；

由FPGA控制CMOS相机，捕获对应四次相移的四幅云纹干涉图，并对云纹干涉图像进行数字化处理；

所采集到的四幅云纹干涉图，其对应的四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2，则其对应的光强分布分别可表示为：

I₁(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)]

I₂(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π/2]

I₃(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π]

I₄(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+3π/2]

其中A(x,y)表示云纹干涉图的背景光强，B(x,y)表示云纹干涉图的调制光强，I₁表示CMOS相机采集的第一幅云纹干涉图光强，I₂表示CMOS相机采集的第二幅云纹干涉图相移π/2的光强，I₃表示CMOS相机采集的第三幅云纹干涉图相移π的光强，I₄表示CMOS相机采集的第四幅云纹干涉图相移3π/2的光强；

对采集到的数字云纹干涉图进行预处理；

用四步相移算法，对预处理后的四幅云纹干涉图的强度分布表达式联立求解，得云纹干涉条纹图的相位分布，

其中φ(x,y)的取值范围为[0,2π]，反正切函数的取值范围为[-π/2,π/2]；

根据CORDIC算法实现反正切运算，最终求解出相位。

6.根据权利要求5所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取方法，其特征在于，采用定点运算的方式来实现四步相移算法。