[发明专利]一种基于随机三步移相干涉的面形重构方法

说明书

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于随机三步移相干涉的面形重构方法。为解决现有的两步相移相位解调技术受背景光强获取精度影响的问题，本发明所提供的技术方案是：随机获取三步相移干涉图，通过基于二维多项式与最小二乘法相结合算法对这三幅干涉条纹图求解出相移量₁和₂，从而求得包裹相位；对求得的包裹相位值进行相位解包，并利用Zernike波面拟合算法对连续相位进行拟合运算，得到待测面的面形信息。本发明通过干涉条纹图间的差运算，从而正确去除了背景光强，提高了相位计算精度，并且具有面形恢复的准确性以及较好的鲁棒性。

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于随机三步移相干涉的面形重构方法。

背景技术

相移干涉测量技术是光学表面面型检测的重要手段之一。常规的相移干涉法采用单一波长，然后通过移动干涉光路中的光学器件或者调整其它器件，使参考光束与测试光束之间的位相差发生改变，从而实现相位调制。

相移方法可以分为两类:硬件相移和变频相移。硬件相移干涉一般采用推动压电陶瓷、旋转偏振器件、移动衍射光栅或者倾斜平板等方法来实现相位调制。而变频相移干涉是通过光源波长的改变从而实现相位调制，其光源采用变频激光器。该方法测量装置简洁，并且可以避免硬件相移所引入的机械误差,进而使检测系统的精度得到提高。其中的两步相移相位解调技术目前应用较为广泛,但由于背景光强不参与计算，需要利用算法进行剔除，所以存在的问题是:1、需要对系统进行相位标定，因此操作复杂；2、易受背景光强的影响，从而获取精度受到影响，鲁棒性不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于随机三步移相干涉的面形重构方法，以解决现有的两步相移相位解调技术受背景光强获取精度影响的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于随机三步移相干涉的面形重构方法，包括以下步骤:

一、搭建菲索干涉测试光路,用CCD相机采集随机三步的相移干涉图，存入计算机中；

二、使用随机三步相移算法对步骤一所采集的三幅相移干涉图I₁、I₂、I₃进行相位解调：

(1)求解相移干涉图I₁、I₂之间的相移量δ₁：首先建立P、Q、R的矩阵，设定K值，建立基函数F(l,x,y)的矩阵，运用最小二乘法求出多项式系数γ(l)，对干涉图I₁与干涉图I₂之间的相移量δ₁进行求解；

(2)求解相移干涉图I₂、I₃之间的相移量δ₂：重复步骤(1)的过程对干涉图I₂与干涉图I₃之间的相移量δ₂进行求解；

(3)利用相移量δ₁、δ₂便可得到待测相位φ(x,y)的相位分布；

三、相位解包和波面拟合：对步骤二中解调后的待测相位进行相位解包，并且使用zernike多项式进行波面拟合求解待测面形。

上述步骤二(1)具体包括如下步骤：

①根据所采集的三幅随机相移干涉图I₁、I₂、I₃中的两幅相移干涉条纹图I₁、I₂的光强表达式消去待测相位，从而得到I₁、I₂的新的表达式：