基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法技术

本发明专利技术公开了一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法，条纹干涉图中，利用二维傅里叶变换，获得干涉图的频谱信息，然后进行基频信息提取，进而再逆傅里叶变换，通过相关计算获得单帧条纹图中单个像素点的调制度信息，最后沿扫描方向针对单个像素点定位最大调制度值，从而确定零级条纹。这种方法可以消除光强不稳定性对测量结果带来的影响，消除高频和背景信息的干扰，提高了传统宽光谱干涉形貌测量法的精确度和灵敏度，并可以自动分辨物体或波峰的起伏变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学检测三维形貌的
，特别涉及一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法。
技术介绍
宽光谱干涉形貌恢复的关键是找到零级条纹的位置。极值法是将某像素点的光强值提取出来，寻找光强最大值对应的位置即零级条纹位置，该方法简单易行，但要求采样频率较高，光源波动等干扰因素对测量结果影响大。关于重心法，理论上干涉条纹是以零级条纹的位置左右对称的，那么干涉信号重心位置就是零级条纹位置，但该方法要求较高的光强曲线对称性。所以我们提出一种用简单傅里叶频谱分析的方法来解决这些问题，这种方法提高了精确度和灵敏度，消除了光强不稳定性，抑制了高频信号的干扰，还可以自动分辨物体或波峰的起伏变化。中国专利CN101324422A在2008年公布了一种白光干涉测量样品表面形状精细分布的方法及其装置，通过输入计算机的一系列白光干涉条纹信号得到振幅调制信号与光源的光谱分布相关的余弦函数的包络线分布，通过非等间隔时间采样方法采集到若干振幅调制信号的离散值，再利用插值算法确定包络线的中心位置即零级条纹位置，该方法有效减少了采样时间提高采样效率，但不能消除光强不稳定性和背景信息带来的影响。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法，可以消除光强不稳定对测量结果带来的影响。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法，条纹干涉图中，利用二维傅里叶变换，获得干涉图的频谱信息，然后进行基频信息提取，进而再逆傅里叶变换，通过相关计算获得单帧条纹图中单个像素点的调制度信息，最后沿扫描方向针对单个像素点定位最大调制度值，从而确定零级条纹。这种方法可以消除光强不稳定性对测量结果带来的影响，消除高频和背景信息的干扰，提高了传统宽光谱干涉形貌测量法的精确度和灵敏度，并可以自动分辨物体或波峰的起伏变化。更进一步的，该方法利用的干涉系统采用白光光源，利用Mirau干涉显微镜产生干涉，由压电陶瓷驱动扫描，通过CCD采集干涉图像。光程差为零时，各波长的零级条纹完全重合，随着光程差及干涉条纹级数的增加，干涉条纹亮度逐渐下降。更进一步的，将采集到的条纹干涉图像像素点的光强分布公式用欧拉公式进行变换后进行二维傅里叶变换。更进一步的，为了更好的提取调制度信息，且零级频谱所含背景信息与调制度无关，也为了消除高频信号对测量结果的影响，所以将傅里叶变换后得到的频谱图进行滤波，提取基频频谱信息，只需要保留两个包含光谱信息的一级频谱中的任一个即可。更进一步的，对基频进行逆傅里叶变换，由计算获得单帧条纹图中单个像素点的调制度信息，最后沿扫描方向针对单个像素点定位最大调制度值，从而确定零级条纹。本专利技术的原理在于：采集到的条纹干涉图像的光强分布可表示为：g(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos[φ(x，y)]式中a(x，y)是背景强度，b(x，y)是条纹对比度，φ(x,y)是相位。为便于傅里叶变换上式经欧拉公式变换后为：其中，*表示c(x，y)与c*(x，y)是一对共轭复数，其中对上式用快速傅里叶变换FFT进行关于x的二维傅里叶变换，得G(f，y)＝A(f，y)+C(f-f0，y)+C*(f+f0，y)，公式中大写字母代表傅里叶频谱，f是空间频率。由于空间变量a(x，y)，b(x，y)和φ(x，y)比空间频率f0变化的慢，所以频谱被载波频率f0分开。为了更好的提取调制度信息，且零级频谱所含背景信息与调制度无关，也为了消除高频对结果的影响，所以对频谱进行滤波，只需要保留两个含有光谱信息的一级频谱中的任一个即可。对一级频谱中的任一C(f-f0，y)进行逆傅里叶变换，得到c(x,y)，可计算出对比度，计算可得调制度信息，调制度最大位置即零级条纹的位置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法消除了光强不稳定性，消除了背景信息和高频对结果的影响，提高了精确度和灵敏度，并可以自动分辨物体或波峰的起伏变化。附图说明图1为本专利技术一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法的流程图；图2为调制度转换图及其扫描流程。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。本专利技术一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹寻找方法流程图如图1所示，具体步骤如下：步骤(1)、纵向扫描获得多帧干涉条纹图；采集到的条纹干涉图像的某一像素点光强分布公式为：g(x，y)＝a(x，y)+b(x，y)cos[φ(x，y)]式中a(x，y)是背景强度，b(x，y)是条纹对比度，φ(x,y)是相位。步骤(2)、对步骤(1)获得的多帧干涉条纹图进行二维FFT变换得到傅里叶频谱图信息；为进行傅里叶变换，将上式经欧拉公式变换后为：其中，*表示c(x，y)与c*(x，y)是一对共轭复数，其中对上式用快速傅里叶变换FFT进行关于x的二维傅里叶变换，得G(f，y)＝A(f，y)+C(f-f0，y)+C*(f+f0，y)，大写字母代表傅里叶频谱，f是空间频率。步骤(3)、对步骤(2)得到傅里叶频谱图信息进行基频频谱提取得到基频信息；为了更好的重现待测物的细节，且零级频谱所含背景信息与调制度无关，也为了消除高频对结果的影响，所以对频谱进行滤波提取基频信息，只需要保留两个一级频谱中的任一个即可。步骤(4)、对步骤(3)得到的基频信息进行背景光强消除，得到相位调制度信息；步骤(5)、归一化调制度数值，对一级频谱中的任一C(f-f0，y)进行逆傅里叶变换，得到c(x,y)，可计算出对比度，计算可得调制度信息。步骤(6)、对归一化后的调制度数值纵向寻找调制度最大值得到零级条纹，调制度转换图及其扫描流程如图2所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法，其特征是：条纹干涉图中，利用二维傅里叶变换，获得干涉图的频谱信息，然后进行基频信息提取，进而再逆傅里叶变换，通过相关计算获得单帧条纹图中单个像素点的调制度信息，最后沿扫描方向针对单个像素点定位最大调制度值，从而确定零级条纹。

【技术特征摘要】
1.一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法，其特征是：条纹干涉图中，利用二维傅里叶变换，获得干涉图的频谱信息，然后进行基频信息提取，进而再逆傅里叶变换，通过相关计算获得单帧条纹图中单个像素点的调制度信息，最后沿扫描方向针对单个像素点定位最大调制度值，从而确定零级条纹。2.根据权利要求1所述的一种基于调制度的宽光谱干涉的零级条纹的寻找方法，其特征是：该方法利用的干涉系统采用白光光源，利用Mirau干涉显微镜产生干涉，由压电陶瓷驱动扫描，通过CCD采集干涉图像，光程差为零时，各波长的零级条纹完全重合，随着光程差及干涉条纹级数的增加，干涉条纹亮度逐渐下降。3.根据权利要求1所述的一种基于调制度的宽光谱干涉的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈楚怡，周毅，刘俊伯，邓钦元，邓茜，唐燕，杨勇，赵立新，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51