一种基于概率分布函数的相移误差检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，获取实际的截断相位分布，并计算出对应的PDF曲线；将所述PDF曲线与事先建立的模拟曲线数据库进行相关运算，找到所述模拟曲线数据库中与所述PDF曲线相关度最大的模拟曲线，所述相关度最大的模拟曲线的相移误差作为检测出的相移误差。利用本方法检测出的相移误差与实际相移误差非常接近，通过缩短建立模拟曲线数据库时的采样间隔，还能进一步减少检测误差。

A phase-shift error detection method based on probability distribution function

【技术实现步骤摘要】
一种基于概率分布函数的相移误差检测方法
本专利技术涉及相移干涉测量领域，特别涉及一种基于概率分布函数的相移误差检测方法。
技术介绍
相移干涉测量法是一种高精度的光学相位测量技术，是光学表面面型检测的重要手段之一。现在通用的实现相移的方法主要有机械式和波长调谐式两种，机械式一般采用推动压电陶瓷(PZT)、旋转偏振器件(波片、偏振片)、移动衍射光栅或者倾斜平板等手段来实现相位调制。其中推动压电陶瓷(PZT)产生相移应用最为广泛。波长调谐式则是通过光源频率的改变来实现相位调制，其光源采用波长可调谐激光器。这两种相移方式都存在一定的相移误差，包括初始相移误差和由于硬件老化等原因导致的相移误差等，相移误差被认为是影响测量精度的主要误差之一。因此，要实现高精度的三维面形测量，就必须进行精确相移量的标定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中相移干涉测量法测量相移存在相移误差的问题，提供一种基于概率分布函数的相移误差检测方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，N步相移干涉测量产生N-1个相移误差，N大于等于3，所述相移误差的检测方法包括：步骤一、获取实际的截断相位分布，并计算出对应的PDF曲线；步骤二、将所述PDF曲线与事先建立的模拟曲线数据库进行相关运算，找到所述模拟曲线数据库中与所述PDF曲线相关度最大的模拟曲线，该模拟曲线的相移误差作为检测出的相移误差。优选的，所述模拟曲线数据库的建立方法：在设定区间内模拟产生一系列不同相移误差情况下的PDF曲线，并建立模拟曲线数据库。优选的，所述步骤一包括：获取N幅相移图片,描述所述相移图片中像素的光强，再根据N步相移干涉测量理想情况下的相移量，得到带有相移误差的截断相位；根据带有相移误差的截断相位得到对应的所述PDF曲线。优选的，第n幅所述相移图片中像素的光强In(x,y)：其中，A(x,y)，B(x,y)分别表示背景光强和调制度，是待测的初始相位，δn是相移，并且δ0＝0。优选的，将检测N步相移干涉测量的相移误差的过程分解为检测个三步相移干涉测量的相移误差。优选的，所述三步相移干涉测量的相移误差检测方法包括：S1获取三幅相移图片,描述所述相移图片中像素的光强，再根据三步相移干涉测量理想情况下的相移量，得到有误差的截断相位；根据有误差的截断相位得到对应的三步相移干涉测量PDF曲线；S2将所述三步相移干涉测量PDF曲线与事先建立的三步相移干涉测量模拟曲线数据库进行相关运算，找到所述三步相移干涉测量模拟曲线数据库中与所述三步相移干涉测量PDF曲线相关度最大的模拟曲线，该模拟曲线的相移误差作为检测出的相移误差。优选的，所述三步相移干涉测量模拟曲线数据库的建立：在设定区间内模拟产生一系列不同Δδ1和Δδ2情况下的PDF曲线F0(m,n)，m、n为Δδ1、Δδ2的编号。优选的，所述步骤S1，第n幅相移图片任一像素的光强In(x,y)：当三步相移为满周期三步相移时，相移量0、δ1＝2π/3、δ2＝4π/3，得到带有相移误差的截断相位所述PDF曲线F：其中，M代表采样点数，m＝0,1,2,...,M-1。优选的，所述步骤S2中，所述相关运算采用以下公式来计算相关系数R(m,n):其中，F为所述PDF曲线，F0(m,n)为模拟曲线；其中，m,n为相移误差的编号。优选的，所述相关度最大的模拟曲线，为使相关系数R(m,n)达到最大值的模拟曲线。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，获取实际的截断相位分布，并计算出对应的PDF曲线；将所述PDF曲线与事先建立的模拟曲线数据库进行相关运算，找到所述模拟曲线数据库中与所述PDF曲线相关度最大的模拟曲线，所述相关度最大的模拟曲线的相移误差作为检测出的相移误差。利用本方法检测出的相移误差与实际相移误差非常接近，通过缩短建立模拟曲线数据库时的采样间隔，还能进一步减少检测误差。本专利技术还通过将N步相移测量分解为三步相移测量，再进行相移误差检测，只需要建立有两个相移误差的模拟曲线数据库，降低了建立模拟曲线数据库的难度，减小了模拟曲线数据库的体积。附图说明：图1为本实施例截断相位及相位误差。图2为理想情况及四种相移误差情况下的截断相位(a)和PDF曲线(b)。图3为本实施例的计算过程流程图示意图。图4为基于概率分布检测相移误差过程示意图。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。在相移技术中，需要获取N幅相移图片用于计算相位值，其中，第n幅条纹图任一像素的光强可以表示为：其中，A(x,y)，B(x,y)分别表示背景光强和调制度，是待测的初始相位，δn是相移，并且δ0＝0。当δn已知的时候，公式中只有A(x,y)，B(x,y)和三个未知数，因此至少需要三幅条纹图。N步相移干涉测量具有N-1个相移误差，当N大于3时，将检测N步相移干涉测量的相移误差的过程分解为检测个三步相移干涉测量的相移误差，例如五步相移干涉测量具有4个相移误差，前两个相移误差与后两个相移误差分别根据本方法进行三步相移干涉测量的相移误差检测得到；又例如六步相移干涉测量具有5个相移误差，前两个相移误差、中间的相移误差与前后选择其中一个相移误差、后两个相移误差分别根据本方法进行三步相移干涉测量的相移误差检测得到。本实施例讨论N＝3的情况，所提方法同样适用于N>3的情况。在满周期的三步相移干涉测量中，理想情况下的相移量为：0、δ1＝2π/3、δ2＝4π/3，但在实际测量中往往存在两个相移误差量：Δδ1和Δδ2。相移误差的存在引入了周期性的相位误差，大大影响了三维面形测量的精度。因而，相移量的准确确定是相移干涉测量的核心，如何快速准确的对相移量进行标定，对保证测量的精度具有重要意义。运用统计的方法标定精确相移量，具有很好的噪声抑制能力，可以实现快速实时的相移量标定，消除周期性相位误差，提高测量精度。公式(1)可以化简为：In(x,y)＝c0(x,y)+c1(x,y)cos(δn)+c2(x,y)sin(δn)，(n＝0,1,2),(2)公式(2)中，c0(x,y)＝A(x,y)，和代替A(x,y)，B(x,y)和成为新的三个未知数[Guo]。可以表示成：方便起见，后文中我们将省略(x,y)，由公式(2)计算I1(x,y)-I0(x,y)和I2(x,y)-I0(x,y)可以得到：解得c1，c2：以及若已知精确相移值，将公式(5)和(6)代入公式(3)则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，N步相移干涉测量产生N-1个相移误差，N大于等于3，所述相移误差的检测方法包括：/n步骤一、获取实际的截断相位分布，并计算出对应的PDF曲线；/n步骤二、将所述PDF曲线与事先建立的模拟曲线数据库进行相关运算，找到所述模拟曲线数据库中与所述PDF曲线相关度最大的模拟曲线，该模拟曲线的相移误差作为检测出的相移误差。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，N步相移干涉测量产生N-1个相移误差，N大于等于3，所述相移误差的检测方法包括：
步骤一、获取实际的截断相位分布，并计算出对应的PDF曲线；
步骤二、将所述PDF曲线与事先建立的模拟曲线数据库进行相关运算，找到所述模拟曲线数据库中与所述PDF曲线相关度最大的模拟曲线，该模拟曲线的相移误差作为检测出的相移误差。


2.根据权利要求1所述的一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，所述模拟曲线数据库的建立方法：
在设定区间内模拟产生一系列不同相移误差情况下的PDF曲线，并建立模拟曲线数据库。


3.根据权利要求1所述的一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，所述步骤一包括：
获取N幅相移图片,描述所述相移图片中像素的光强，再根据N步相移干涉测量理想情况下的相移量，得到带有相移误差的截断相位；
根据带有相移误差的截断相位得到对应的所述PDF曲线。


4.根据权利要求1所述的一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，第n幅所述相移图片中像素的光强In(x,y)：



其中，A(x,y)，B(x,y)分别表示背景光强和调制度，是待测的初始相位，δn是相移，并且δ0＝0。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，将检测N步相移干涉测量的相移误差的过程分解为检测个三步相移干涉测量的相移误差。


6.根据权利要求5所述的一种基于概率分布函数的相移误差检测方法，其特征在于，所述三步相移干涉测量的相移误差检测方法包括：
S1获取三幅相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元坤，于馨，薛俊鹏，张启灿，陈文静，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51