一种相移量未知的相位恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种相移量未知的相位恢复方法，通过步骤S1

【技术实现步骤摘要】
一种相移量未知的相位恢复方法


[0001]本专利技术属于相移干涉
，具体地说，本专利技术涉及一种相移量未知的相位恢复方法。

技术介绍

[0002]相移干涉技术广泛应用于光学精密测量领域，具有非接触、无损伤、速度快、精度高等优势，其核心是如何从相移干涉条纹图像中精确地恢复出被测物体的相位信息。然而实际测量过程中，若相移量的真实值与相移器的预设值存在一定的偏差，将会影响最终的测量精度。为了降低因相移量未知而引入的测量误差，人们通过最小二乘迭代法、矩阵二范数法等估计真实相移量，进而实现精确的相位恢复，但算法比较复杂。
[0003]综上所述，传统相移干涉技术的测量精度受相移器的控制精度和相移量的估计精度的影响较大，如何实现低成本、高精度、高鲁棒的相移干涉技术具有重要的实际意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种相移量未知的相位恢复方法，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种相移量未知的相位恢复方法，具体包括以下步骤：
[0006]步骤S1：搭建相移干涉测量系统，其相移器的预设值为δ
n
，采集N≥3幅相移量未知的相移干涉条纹I
n
(x,y)；
[0007]步骤S2：结合相移干涉条纹I
n
(x,y)和相移器的预设值δ
n
，利用N步相移算法计算初始相位φ1(x,y)；
[0008]步骤S3：采用空间相位展开算法恢复绝对相位Φ1(x,y)，并计算条纹级次 K(x,y)；遍历条纹级次K(x,y)中所有取值，获得各个条纹掩膜M
k
(x,y)；
[0009]步骤S4：根据初始相位φ1(x,y)的取值范围，将条纹区域划分为两个区域掩膜E(x,y)和F(x,y)；
[0010]步骤S5：分别计算各个条纹掩膜M
k
(x,y)与两个区域掩膜E(x,y)和F(x,y) 的两个交集掩膜E
k
(x,y)和F
k
(x,y)；
[0011]步骤S6：若两个交集掩膜E
k
(x,y)和F
k
(x,y)的面积差异度较小，则保留对应的条纹掩膜M
k
(x,y)，获得区域掩膜M(x,y)；
[0012]步骤S7：根据区域掩膜M(x,y)，从初始相位φ1(x,y)分离出区域相位φ2(x,y)；然后对区域相位φ2(x,y)进行直方图均衡化，获得校正相位φ3(x,y)；
[0013]步骤S8：选择校正相位φ3(x,y)的离散值作为函数值，每个离散值所对应的区域相位φ2(x,y)的均值作为自变量，构建样条插值函数f[φ(x,y)]；
[0014]步骤S9：根据样条插值函数f[φ(x,y)]，计算最终的校正相位φ4(x,y)＝f[φ1(x,y)]；结合条纹级次K(x,y)，计算最终的绝对相位Φ4(x,y)。
[0015]进一步的，所述步骤S1中，所采集的相移干涉条纹I
n
(x,y)可表示为：
[0016]I
n
(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ0(x,y)+δ
n
+ε
n
]；
[0017]式中：n＝1,2,
…
,N；(x,y)表示干涉条纹的像素坐标；A(x,y)表示背景强度； B(x,y)表示调制强度；φ0(x,y)表示真实相位；δ
n
表示相移器的预设值；ε
n
表示相移误差。
[0018]进一步的，所述步骤S2中，初始相位φ1(x,y)的计算公式如下：
[0019][0020]式中：φ1(x,y)的取值范围为[0,2π]。
[0021]进一步的，所述步骤S3中，空间相位展开算法可采用枝切法、质量图引导法、最小不连续法。
[0022]进一步的，所述步骤S3中，条纹级次K(x,y)的计算公式如下：
[0023][0024]式中：round[]表示四舍五入函数；则单个条纹掩膜M
k
(x,y)可表示为：
[0025][0026]进一步的，所述步骤S4中，两个区域掩膜E(x,y)和F(x,y)可表示为：
[0027][0028][0029]进一步的，所述步骤S5中，两个交集掩膜E
k
(x,y)和F
k
(x,y)可表示为：
[0030]E
k
(x,y)＝E(x,y)∩M
k
(x,y)；
[0031]F
k
(x,y)＝F(x,y)∩M
k
(x,y)。
[0032]进一步的，所述步骤S6中，两个交集掩膜E
k
(x,y)和F
k
(x,y)的面积差异度计算公式为：
[0033][0034]通过设定面积差异度阈值D0＝0.02～0.2，若D
k
(x,y)＞D0，则说明面积差异度较小，即对应的条纹掩膜M
k
(x,y)中相位分布均匀度较好，并将该条纹掩膜 M
k
(x,y)保留至区域掩膜M(x,y)。
[0035]进一步的，所述步骤S7中，分离出区域相位φ2(x,y)的可表示为：
[0036]φ2(x，y)＝φ1(x，y)
·
M(x，y)；
[0037]式中：.表示点乘运算符。
[0038]进一步的，所述步骤S9中，最终的绝对相位Φ4(x,y)的计算公式如下：
[0039]Φ4(x,y)＝φ4(x,y)+2πK(x,y)。
[0040]采用以上技术方案的有益效果是：
[0041]1、本专利技术提供的一种相移量未知的相位恢复方法，既不需要高精度的相移器，也不需要估计未知的相移量，便可精确地恢复出相移量未知的相位分布，大大提高了相移干涉测量的灵活性和适用性。
附图说明
[0042]图1为相位恢复原理示意图；
[0043]图2为三幅相移干涉条纹I
n
(x,y)；
[0044]图3(a)初始相位φ1(x,y)；(b)绝对相位Φ1(x,y)；(c)条纹级次K(x,y)；
[0045]图4(a)区域掩膜E(x,y)；(b)区域掩膜F(x,y)；(c)区域掩膜M(x,y)；
[0046]图5(a)区域相位φ2(x,y)；(b)校正相位φ3(x,y)；(c)校正相位φ4(x,y)；
[0047]图6(a)绝对相位Φ1(x,y)的误差图；(b)绝对相位Φ4(x,y)的误差图；
具体实施方式
[0048]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本专利技术的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相移量未知的相位恢复方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：搭建相移干涉测量系统，其相移器的预设值为δ
n
，采集N≥3幅相移量未知的相移干涉条纹I
n
(x,y)；步骤S2：结合相移干涉条纹I
n
(x,y)和相移器的预设值δ
n
，利用N步相移算法计算初始相位φ1(x,y)；步骤S3：采用空间相位展开算法恢复绝对相位Φ1(x,y)，并计算条纹级次K(x,y)；遍历条纹级次K(x,y)中所有取值，获得各个条纹掩膜M
k
(x,y)；步骤S4：根据初始相位φ1(x,y)的取值范围，将条纹区域划分为两个区域掩膜E(x,y)和F(x,y)；步骤S5：分别计算各个条纹掩膜M
k
(x,y)与两个区域掩膜E(x,y)和F(x,y)的两个交集掩膜E
k
(x,y)和F
k
(x,y)；步骤S6：若两个交集掩膜E
k
(x,y)和F
k
(x,y)的面积差异度较小，则保留对应的条纹掩膜M
k
(x,y)，获得区域掩膜M(x,y)；步骤S7：根据区域掩膜M(x,y)，从初始相位φ1(x,y)分离出区域相位φ2(x,y)；然后对区域相位φ2(x,y)进行直方图均衡化，获得校正相位φ3(x,y)；步骤S8：选择校正相位φ3(x,y)的离散值作为函数值，每个离散值所对应的区域相位φ2(x,y)的均值作为自变量，构建样条插值函数f[φ(x,y)]；步骤S9：根据样条插值函数f[φ(x,y)]，计算最终的校正相位φ4(x,y)＝f[φ1(x,y)]；结合条纹级次K(x,y)，计算最终的绝对相位Φ4(x,y)。2.根据权利要求1所述的一种相移量未知的相位恢复方法，其特征在于：所述步骤S1中，所采集的相移干涉条纹I
n
(x,y)可表示为：I
n
(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ0(x,y)+δ
n
+ε
n
]；式中：n＝1,2,
…
,N；(x,y)表示干涉条纹的像素坐标；A(x,y)表示背景强度；B(x,y)表示调制强度；φ0(x,y)表示真实相位；δ
n

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉伟，朱浩杰，蔡家旭，刘路，时国龙，王亚军，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：