基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法、系统和介质技术方案

本发明专利技术提供了一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法、系统和存储介质，其方法包括：采集两幅随机干涉图；通过高通滤波去除两幅随机干涉图的背景光强；对滤波后的两幅随机干涉图进行归一化处理，去除两幅随机干涉图的调制幅度扰动；对归一化处理后的两幅随机干涉图，通过非线性误差最小化求解出两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数；基于两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数提取出相位。本发明专利技术克服了移相干涉测量相位提取过程中，由外界环境振动引起的随机倾斜移相误差、以及由空气扰动和光源不稳定引起的背景光强和调制幅度扰动等影响。此外，本发明专利技术提供的方法只需采集两幅干涉图，相位提取速度快，精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法、系统和介质
本专利技术涉及移相干涉测量
，尤其涉及一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法、系统和介质。
技术介绍
随着人们对光学测量精度要求的不断提高，移相干涉测量得到了快速发展，相位提取作为移相干涉测量中的首要环节对系统测量精度起着至关重要作用。为了提高移相干涉测量系统的精度，国内外学者做了大量研究工作，总体分为两个研究部分：一个是对不同移相干涉测量系统原理的研究，通过优化原有的测量实验装置提高测量精度及其稳定性，或者设计新型移相干涉测量光学系统，从而降低元器件缺陷、环境干扰等带来的影响；另一个是对相位提取方法的研究。传统的相位提取方法是在移相干涉中移相值已知的情况下才能有效求解相位。传统的相位提取算法有三步法、四步法、五步法、改进型五步法、N帧算法以及相位平均法等等。在移相干涉测量过程中，由于空气扰动、外界环境机械振动、移相器的非线性以及光源不稳定等问题，往往会带来不可避免的背景光强扰动、移相误差，导致了相位提取精度下降，从而降低了移相干涉测量精度。对于存在随机移相误差干涉图的相位提取，国内外学者提出了许多方法，主要包括先进迭代法(AIA)，主成分分析法(PCA)、施密特正交化法(GS)、傅里叶变换法(FT)、极值法(EVI)等。这些方法虽然可以适用于存在随机移相误差的干涉图，但不适用于存在随机倾斜移相误差的干涉图。为了解决由振动引起的随机倾斜移相误差的问题，有学者提出了一些相位提取方法，主要包括：基于光流法的随机倾斜因子校正的相位提取方法、基于非线性最小二乘迭代计算随机倾斜因子的相位提取方法、三步迭代法、基于非线性误差最小化的相位提取方法，以及其他拓展方法。基于非线性最小二乘迭代法和三步迭代法在计算过程中需要大量迭代，耗时较长。光流法和非线性误差最小化法能够较快从存在随机倾斜移相误差的干涉图中提取相位。但光流法和非线性误差最小化法不能适用于存在调制幅度扰动和随机倾斜移相误差的干涉图。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法、系统和介质，克服由外界环境振动引起的随机倾斜移相误差、以及由空气扰动和光源不稳定引起的背景光强和调制幅度扰动影响。为了达到上述目的，本专利技术提出一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法，包括：采集两幅随机干涉图；通过高通滤波去除两幅随机干涉图的背景光强；对滤波后的两幅随机干涉图进行归一化处理，去除两幅随机干涉图的调制幅度扰动；对归一化处理后的两幅随机干涉图，通过非线性误差最小化求解出两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数；基于所述两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数提取出相位。其中，其特征在于，所述通过高通滤波去除两幅随机干涉图的背景光强的步骤包括：当存在背景光强和调制幅度扰动，并且存在随机倾斜移相误差的情况下，两幅干涉图表示为：I1(x,y)＝a1(x,y)+b1(x,y)cos(φ(x,y))I2(x,y)＝a2(x,y)+b2(x,y)cos(φ(x,y)+δ(x,y))；其中，a1(x,y),a2(x,y)表示背景光强，b1(x,y),b2(x,y)表示调制幅度；当移相干涉测量系统受到机械振动干扰时，δ(x,y)是一个线性函数，表示为：δ(x,y)＝α0+α1x+α2y；其中α0是移相值的平均值，[α1,α2]是移相值倾斜因子；两幅随机干涉图去除背景光强后表示为：其中，所述对滤波后的两幅随机干涉图进行归一化处理，去除两幅随机干涉图的调制幅度扰动的步骤包括：求解调制幅度，其中，调制幅度求解公式为：其中，m为干涉图系数，H{·}表示希尔伯特黄变换；将去除背景光强后的干涉图和进行归一化处理去除调制幅度，去除调制幅度扰动后的两幅随机干涉图表示为：其中，所述通过非线性误差最小化求解出归一化后的两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数的步骤包括：对归一化处理后的两幅随机干涉图进行内积运算，再与高斯函数进行卷积运算，推导出倾斜移相量表达式；基于所述倾斜移相量表达式，初步估计倾斜移相量的倾斜因子和平均值；通过非线性误差最小化对所述初步估计倾斜移相量的倾斜因子和平均值进行优化，求解出相位。其中，所述方法还包括：对相位提取方法的有效性进行验证。此外，本专利技术还提出一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时实现如下操作：采集两幅随机干涉图；通过高通滤波去除两幅随机干涉图的背景光强；对滤波后的两幅随机干涉图进行归一化处理，去除两幅随机干涉图的调制幅度扰动；对归一化处理后的两幅随机干涉图，通过非线性误差最小化求解出两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数；基于所述两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数提取出相位。其中，所述计算机程序被所述处理器运行时还实现如下操作：当存在背景光强和调制幅度扰动，并且存在随机倾斜移相误差的情况下，两幅干涉图表示为：I1(x,y)＝a1(x,y)+b1(x,y)cos(φ(x,y))I2(x,y)＝a2(x,y)+b2(x,y)cos(φ(x,y)+δ(x,y))；其中，a1(x,y),a2(x,y)表示背景光强，b1(x,y),b2(x,y)表示调制幅度；当移相干涉测量系统受到机械振动干扰时，δ(x,y)是一个线性函数，表示为：δ(x,y)＝α0+α1x+α2y；其中α0是移相值的平均值，[α1,α2]是移相值倾斜因子；两幅随机干涉图去除背景光强后表示为：其中，所述计算机程序被所述处理器运行时还实现如下操作：求解调制幅度，其中，调制幅度求解公式为：其中，m为干涉图系数，H{·}表示希尔伯特黄变换；将去除背景光强后的干涉图和进行归一化处理去除调制幅度，去除调制幅度扰动后的两幅随机干涉图表示为：其中，所述计算机程序被所述处理器运行时还实现如下操作：对归一化处理后的两幅随机干涉图进行内积运算，再与高斯函数进行卷积运算，推导出倾斜移相量表达式；基于所述倾斜移相量表达式，初步估计倾斜移相量的倾斜因子和平均值；通过非线性误差最小化对所述初步估计倾斜移相量的倾斜因子和平均值进行优化，求解出相位。此外，本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时实现如上所述的方法的步骤。本专利技术实施例提出的一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法、系统和介质，该方法首先通过高通滤波去除两幅干涉图的背景光强，然后通过归一化法去除调制幅度扰动，再通过非线性误差最小化求解出两幅干涉图之间的随机倾斜移相误差参数，最后可以快速提取出相位。本专利技术克服了移相干涉测量相位提取过程中，由外界环境振动引起的随机倾斜移相误差、以及由空气扰动和光源不稳定引起的背景光强和调制幅度扰动等影响。此外，本专利技术提供的方法只需采集两幅干涉图，相位提取速度快，精度高。附图说明图1是本专利技术基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法的流程示意图；图2是基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法的细化流程示意图；图3是本专利技术实施例中计算机模拟初始相位、倾斜移相误差、及其干涉图；图4是本专利技术实施例中计算机模拟存在倾斜移相误差情况下的相位提取结果图。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法，其特征在于，包括：采集两幅随机干涉图；通过高通滤波去除两幅随机干涉图的背景光强；对滤波后的两幅随机干涉图进行归一化处理，去除两幅随机干涉图的调制幅度扰动；对归一化处理后的两幅随机干涉图，通过非线性误差最小化求解出两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数；基于所述两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数提取出相位。

【技术特征摘要】
1.一种基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法，其特征在于，包括：采集两幅随机干涉图；通过高通滤波去除两幅随机干涉图的背景光强；对滤波后的两幅随机干涉图进行归一化处理，去除两幅随机干涉图的调制幅度扰动；对归一化处理后的两幅随机干涉图，通过非线性误差最小化求解出两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数；基于所述两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数提取出相位。2.根据权利要求1所述的基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法，其特征在于，所述通过高通滤波去除两幅随机干涉图的背景光强的步骤包括：当存在背景光强和调制幅度扰动，并且存在随机倾斜移相误差的情况下，两幅干涉图表示为：其中，a1(x,y),a2(x,y)表示背景光强，b1(x,y),b2(x,y)表示调制幅度；当移相干涉测量系统受到机械振动干扰时，δ(x,y)是一个线性函数，表示为：δ(x,y)＝α0+α1x+α2y；其中α0是移相值的平均值，[α1,α2]是移相值倾斜因子；两幅随机干涉图去除背景光强后表示为：3.根据权利要求1所述的基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法，其特征在于，所述对滤波后的两幅随机干涉图进行归一化处理，去除两幅随机干涉图的调制幅度扰动的步骤包括：求解调制幅度，其中，调制幅度求解公式为：其中，m为干涉图系数，H{·}表示希尔伯特黄变换；将去除背景光强后的干涉图和进行归一化处理去除调制幅度，去除调制幅度扰动后的两幅随机干涉图表示为：4.根据权利要求1、2或3所述的基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法，其特征在于，所述通过非线性误差最小化求解出两幅随机干涉图之间的随机倾斜移相误差参数的步骤包括：对归一化处理后的两幅随机干涉图进行内积运算，再与高斯函数进行卷积运算，推导出倾斜移相量表达式；基于所述倾斜移相量表达式，初步估计倾斜移相量的倾斜因子和平均值；通过非线性误差最小化对所述初步估计倾斜移相量的倾斜因子和平均值进行优化，求解出相位。5.根据权利要求4所述的基于倾斜移相误差校正的两步相位提取方法，其特征在于，所述方法还包括：对相位提取方法的有效性进行验证。6.一种基于倾斜移...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚勇，雷何兵，田一婷，王蕊，杨彦甫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44