一种相位恢复方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种相位恢复方法及装置，其中该方法包括：获取由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成的干涉图像；将所述干涉图像进行滤波、归一化处理；基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像；采用相位恢复算法从所述相移干涉图像中恢复待测物体带有包裹的相位信息；对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理。本发明专利技术实施例仅需单幅干涉图像就可以恢复待测物体的相位，且相位恢复的精度高、处理时间短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及光学探测技术，尤其涉及一种相位恢复方法及装置。
技术介绍
相移干涉术(PSI)是一种高精度的相位测量技术，广泛应用于光学元件表面检测，形变检测，数字全息等领域。一般而言，至少需要三幅相移干涉图才能由相移算法恢复出相位。目前，对于相移干涉图的相位恢复问题，一方面围绕着从多幅相移干涉图恢复相位做深入研究，其中，极端条件下的相位恢复问题是难点，例如，对于一组相移干涉图，极端条件主要包括干涉图之间的相移量很小，干涉图数量少，以及干涉图本身的噪声大等。但相移干涉术要求在不同时刻采集引入不同相移的干涉图，因此，不适合应用在动态相位测量的场合。另一方面是从单幅干涉图恢复待测物体的相位，这可以广泛应用于动态相位测量。但目前从单幅干涉图恢复待测物体相位的方法中，主要存在两个问题：一是算法比较复杂导致恢复相位的时间较长；二是恢复出的相位精度不高。因此，极大地限制了在动态相位测量方面的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种相移恢复方法及装置，仅需单幅干涉图像就可以恢复待测物体的相位，且相位恢复的精度高、处理时间短。第一方面，本专利技术实施例提供了一种相位恢复方法，包括：获取由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成的干涉图像；将所述干涉图像进行滤波、归一化处理；基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像；采用相位恢复算法从所述相移干涉图像中恢复待测物体带有包裹的相位信息；对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理。进一步的，所述基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像，包括：通过如下的公式对归一化的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像：其中，为在所述相移干涉图像中，矩阵坐标为(i,j)的像素点的光强；I0(i,j)为在归一化的所述干涉图像中，矩阵坐标为(i,j)的像素点的光强；Ck为所述相移变换系数，且其中，N为在归一化的所述干涉图像中，每一行像素点的个数；s为在归一化的所述干涉图像中，像素点在像素点矩阵的行中的位置；t为在1与N/2之间的自然数；θk为相移变化量，且m为所述相移干涉图像的数量，k为自然数。进一步的，所述相位恢复算法包括：主成分分析算法。进一步的，所述对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理，包括：基于最小二乘法对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种相位恢复装置，包括：干涉图像获取模块，用于获取由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成干涉图像；归一化处理模块，用于将所述干涉图像进行滤波、归一化处理；相移变换模块，用于基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像；相位恢复模块，用于采用相位恢复算法从所述相移干涉图像中恢复待测物体带有包裹的相位信息；解包裹处理模块，用于对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理。进一步的，所述相移变换模块，具体用于：通过如下的公式对归一化的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像：其中，为在所述相移干涉图像中，矩阵坐标为(i,j)的像素点的光强；I0(i,j)为在归一化的所述干涉图像中，矩阵坐标为(i,j)的像素点的光强；Ck为所述相移变换系数，且其中，N为在归一化的所述干涉图像中，每一行像素点的个数；s为在归一化的所述干涉图像中，像素点在像素点矩阵的行中的位置；t为在1与N/2之间的自然数；θk为相移变化量，且m为所述相移干涉图像的数量，k为自然数。进一步的，所述干涉图像获取模块包括基于马赫曾德干涉光路的装置或迈克尔干涉仪。进一步的，所述干涉图像获取模块包括基于马赫曾德干涉光路的装置；所述基于马赫曾德干涉光路的装置包括：激光器，用于发射激光光束；偏振片，用于将所述激光器发射的激光光束转换成偏振光束；第一分光棱镜，用于将所述偏振片透射的偏振光束分别进行透射和反射，形成参考光束和探测光束；第一反射镜，用于将所述参考光束进行反射，使所述参考光束入射到第二分光棱镜；第二反射镜，用于将所述探测光束进行反射，使所述探测光束入射到所述待测物体上；所述第二分光棱镜，用于将所述第一反射镜反射的参考光束进行反射，并将穿过所述待测物体的探测光束进行透射，以使所述参考光束与穿过所述待测物体的所述探测光束进行干涉；CCD相机，用于获取由所述第二分光棱镜反射的参考光束和穿过所述待测物体的所述探测光束形成的干涉图像。本专利技术提供的技术方案，通过相移变换系数获取预设数量的相移干涉图像，并将相移干涉图像恢复相位，仅需要单幅干涉图像就可以恢复待测物体的相位，且相位恢复精度高、处理时间短。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的一种相位恢复方法流程图；图2是本专利技术实施例一提供的由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成的干涉图像；图3是将图2中的干涉图像进行滤波、归一化后获的图像；图4a是本专利技术实施例一提供的y＝cosφ、y＝cos(φ+π/3)以及Y(π/3)的函数图像；图4b是图4a中虚线形成区域的放大图；图5是本专利技术实施例一提供的y＝cos(φ+π/3)以及Y(π/3)之间的差值示意图；图6a-6h是本专利技术实施例一提供的不同相移量的相移干涉图像；图7是本专利技术实施例一提供的待测物体带有包裹的相位图像；图8是本专利技术实施例一提供的待测物体的相位图像；图9a是本专利技术实施例二提供的一种相位恢复装置结构示意图；图9b是本专利技术实施例二提供的基于马赫曾德干涉光路的装置的结构图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的一种相位恢复方法流程图，如图1所示，本实施例提供的技术方案具体如下：S110：获取由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成的干涉图像。在本实施例中，干涉图像的获取可以通过干涉图像获取模块进行获取。其中，干涉图像获取模块可以是基于马赫曾德干涉光路的装置或迈克尔干涉仪。其中，干涉图像能够反映待测物体的相位信息，且待测物体的相位信息能够反映待测物体的形貌等属性。在本实施例中，获取的干涉图像的光强可以表示为：其中，I(i,j)为矩阵坐标为(i,j)的像素点的光强；a(i,j)为干涉图像的背景，b(i,j)为调制振幅，为待测物体的相位。例如，图2是采集的由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成的干涉图像，其中，横坐标以及纵坐标均表示像素点的个数。如图2所示，由参考光束和穿过物体的探测光束形成明暗相见的条纹。S120：将所述干涉图像进行滤波、归一化处理。在本实施例中，将对干涉图像进行滤波时，将干涉图像的背景进行过滤，并将过滤后的干涉图像进行归一化，归一化后的干涉图像光强可表示为：其中，(i,j)为归一化的干涉图像中每一个像素点的位置。例如，图3是将图2中的干涉图像进行滤波、归一化之后获得的图像，如图3所示，归一化之后的干涉图像中各个像素点的灰度值发生变化，且图3中各个像素点的灰度值采用与图2中不同的标准。S130：基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像。在本实施例中，预设数量根据需要进行确定。可选的，所述基于相移变换系数对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相位恢复方法，其特征在于，包括：获取由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成的干涉图像；将所述干涉图像进行滤波、归一化处理；基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像；采用相位恢复算法从所述相移干涉图像中恢复待测物体带有包裹的相位信息；对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理。

【技术特征摘要】
1.一种相位恢复方法，其特征在于，包括：获取由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成的干涉图像；将所述干涉图像进行滤波、归一化处理；基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像；采用相位恢复算法从所述相移干涉图像中恢复待测物体带有包裹的相位信息；对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像，包括：通过如下的公式对归一化的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像：其中，为在所述相移干涉图像中，矩阵坐标为(i,j)的像素点的光强；I0(i,j)为在归一化的所述干涉图像中，矩阵坐标为(i,j)的像素点的光强；Ck为所述相移变换系数，且其中，N为在归一化的所述干涉图像中，每一行像素点的个数；s为在归一化的所述干涉图像中，像素点在像素点矩阵的行中的位置；t为在1与N/2之间的自然数；θk为相移变化量，且m为所述相移干涉图像的数量，k为自然数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位恢复算法包括：主成分分析算法。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理，包括：基于最小二乘法对带有包裹的所述相位信息进行解包裹处理。5.一种相位恢复装置，其特征在于，包括：干涉图像获取模块，用于获取由参考光束和穿过待测物体的探测光束形成干涉图像；归一化处理模块，用于将所述干涉图像进行滤波、归一化处理；相移变换模块，用于基于相移变换系数对归一化后的干涉图像进行相移变换，获取预设数量的相移干涉图像；相位恢复模块，用于采用相位恢复算法从所述相移干...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恺，邓建，郝俊杰，徐冰，孙小卫，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44