專利名稱：一種從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光干涉計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，特別是一種從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法。
背景技術(shù)：
移相干涉術(shù)是現(xiàn)今廣泛使用的光學(xué)面形測(cè)試技術(shù)，該技術(shù)使用干涉儀采集一組移相干涉圖，每幅圖之間具有特定的相位差，根據(jù)干涉圖可以恢復(fù)被測(cè)相位。這些相位差稱為移相量或移相步長(zhǎng)，通過(guò)干涉儀的移相器產(chǎn)生，如果移相量不準(zhǔn)確，就會(huì)給恢復(fù)的相位帶來(lái)誤差。而在實(shí)際應(yīng)用中，干涉儀的移相器非線性等硬件因素，或振動(dòng)等環(huán)境因素，均會(huì)產(chǎn)生移相量誤差，這成為制約移相干涉術(shù)測(cè)試精度的重要原因。為了從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)準(zhǔn)確的相位，發(fā)展了很多相位恢復(fù)技術(shù)，這些技術(shù)主要有三類一類是要求特定的干涉圖數(shù)量和移相步長(zhǎng)的算法，這些算法對(duì)特定種類的移相誤差有抵抗作用，如哈里哈蘭五步法，能夠減輕移相量的線性畸變?cè)斐傻挠绊?。第二類是振?dòng)補(bǔ)償算法，通過(guò)對(duì)恢復(fù)的誤差相位的修正，能夠抑制振動(dòng)引起的移相量誤差造成的影響。這兩類技術(shù)的缺點(diǎn)在于，只對(duì)特定形式的移相誤差有效。第三類技術(shù)將移相量作為未知量，與被測(cè)相位同時(shí)求解，因此不再要求移相量必須為準(zhǔn)確值。這類方法對(duì)不同形式的移相誤差均有效，但通常涉及復(fù)雜運(yùn)算，例如迭代法中的迭代運(yùn)算，加窗傅里葉變換最小二乘法的加窗傅里葉變換運(yùn)算，這些運(yùn)算耗時(shí)長(zhǎng)，且需要謹(jǐn)慎地選擇控制參數(shù)，否則可能導(dǎo)致計(jì)算失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，包括以下步驟
步驟1、使用通用的移相干涉儀測(cè)試被測(cè)件，通過(guò)調(diào)整干涉儀的參考鏡或測(cè)試件的傾斜量在干涉圖中引入線性載頻，至干涉圖中出現(xiàn)10根或更多的準(zhǔn)平行直條紋時(shí)，操作干涉儀采集到一組移相干涉圖，該組移相干涉圖包括集2 π幅，其中δ為干涉儀移相步長(zhǎng)； 步驟2、對(duì)上述采集到的移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列得到一幅新圖像； 步驟3、對(duì)上述新圖像進(jìn)行快速傅里葉變換得到其頻譜，之后對(duì)頻譜進(jìn)行濾波得到相位譜并排除了誤差；
步驟4、從相位譜中恢復(fù)擴(kuò)展的相位，即對(duì)相位譜進(jìn)行反傅里葉變換后，通過(guò)反正切計(jì)算和解包裹運(yùn)算得到擴(kuò)展的恢復(fù)相位；
步驟5、將擴(kuò)展相位恢復(fù)到原始大小，從而得到被測(cè)相位。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為1)不需要假設(shè)移相誤差滿足特定形式，因此對(duì)各種類型的移相誤差均有效；2)使用較少數(shù)量的移相干涉圖，例如四幅，即可實(shí)現(xiàn)，可減少干涉圖采集時(shí)間；3)由于僅使用固定次數(shù)的快速傅里葉變換、矩陣的加乘法運(yùn)算和少量排序運(yùn)算，因此計(jì)算速度快；4)該方法中大部分參數(shù)可自動(dòng)確定，其余的可由經(jīng)驗(yàn)給出， 無(wú)需根據(jù)不同對(duì)象反復(fù)調(diào)整，具有很高的自動(dòng)化程度。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為對(duì)一組移相干涉圖數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列的示意圖，其中圖(a)為排列操作示意圖，圖(b)為對(duì)一組仿真圖像的操作結(jié)果。圖2為在頻域使用濾波提取相位譜的示意圖。圖3為實(shí)施例使用的四步移相干涉圖。圖4為實(shí)施例中對(duì)移相干涉圖重新排列得到的新圖像。圖5為實(shí)施例中將擴(kuò)展相位恢復(fù)到原始大小后的面形圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明的一種從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，包括以下步驟
步驟1、使用通用的移相干涉儀測(cè)試被測(cè)件，通過(guò)調(diào)整干涉儀的參考鏡或測(cè)試件的傾斜量在干涉圖中引入線性載頻，至干涉圖中出現(xiàn)10根或更多的準(zhǔn)平行直條紋時(shí)，操作干涉儀采集到一組移相干涉圖，該組移相干涉圖包括集2 π幅，其中δ為干涉儀移相步長(zhǎng)；
步驟2、對(duì)上述采集到的移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列得到一幅新圖像；對(duì)移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列的方式為設(shè)新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一列順次插入新圖像右側(cè)，即以第一幅干涉圖的第一列作為新圖像的第一列，第二幅干涉圖的第一列作為新圖像的第二列，以此類推，當(dāng)全部移相干涉圖的第一列排列完成后，再將各幅干涉圖的第二列順次插入新圖像右側(cè)，直到各幅移相干涉圖上的所有列被插入新圖像；圖 1顯示了對(duì)四幅移相干涉圖的數(shù)據(jù)重新排列得到新圖像的操作，所用公式為
S'(Mx+ ,7) = ss(x，7)(1)
式中X、7為圖像中的橫縱坐標(biāo)，I為移相干涉圖數(shù)量， =0，1,2,···, Μ-1, &表示第 幅移相干涉圖，V表示新圖像。對(duì)移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列還有另外一種方式
設(shè)新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一行順次插入新圖像下方，即以第一幅干涉圖的第一行作為新圖像的第一行，第二幅干涉圖的第一行作為新圖像的第二行，以此類推，當(dāng)全部移相干涉圖的第一行排列完成后，再將各幅干涉圖的第二行順次插入新圖像下方，直到各幅移相干涉圖上的所有行被插入新圖像，所用公式為
S1 (χ, My + m)= Sss (υ)(2)
步驟3、對(duì)上述新圖像進(jìn)行快速傅里葉變換得到其頻譜，之后對(duì)頻譜進(jìn)行濾波得到相位譜并排除了誤差；在頻譜中相位譜和誤差譜因步驟1引入之線性載頻而相互分離，如圖2所示，因此可以使用濾波窗提取出相位譜S1、排除誤差譜，對(duì)頻譜進(jìn)行濾波的公式為其中^為頻譜，&i為相位譜，/；、/；為頻域坐標(biāo)，濾波窗函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、使用通用的移相干涉儀測(cè)試被測(cè)件，通過(guò)調(diào)整干涉儀的參考鏡或測(cè)試件的傾斜量在干涉圖中引入線性載頻，至干涉圖中出現(xiàn)10根或更多的準(zhǔn)平行直條紋時(shí)，操作干涉儀采集到一組移相干涉圖，該組移相干涉圖包括集2 π幅，其中δ為干涉儀移相步長(zhǎng)；步驟2、對(duì)上述采集到的移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列得到一幅新圖像；步驟3、對(duì)上述新圖像進(jìn)行快速傅里葉變換得到其頻譜，之后對(duì)頻譜進(jìn)行濾波得到相位譜并排除了誤差；步驟4、從相位譜中恢復(fù)擴(kuò)展的相位，即對(duì)相位譜進(jìn)行反傅里葉變換后，通過(guò)反正切計(jì)算和解包裹運(yùn)算得到擴(kuò)展的恢復(fù)相位；步驟5、將擴(kuò)展相位恢復(fù)到原始大小，從而得到被測(cè)相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，其特征在于， 步驟2對(duì)移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列的方式為設(shè)新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一列順次插入新圖像右側(cè)，即以第一幅干涉圖的第一列作為新圖像的第一列，第二幅干涉圖的第一列作為新圖像的第二列，以此類推，當(dāng)全部移相干涉圖的第一列排列完成后，再將各幅干涉圖的第二列順次插入新圖像右側(cè)，直到各幅移相干涉圖上的所有列被插入新圖像；所用公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，其特征在于， 步驟2對(duì)移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列的另一種方式為設(shè)新圖像初始為空，將各幅移相干涉圖的第一行順次插入新圖像下方，即以第一幅干涉圖的第一行作為新圖像的第一行，第二幅干涉圖的第一行作為新圖像的第二行，以此類推，當(dāng)全部移相干涉圖的第一行排列完成后，再將各幅干涉圖的第二行順次插入新圖像下方，直到各幅移相干涉圖上的所有行被插入新圖像，所用公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，其特征在于， 步驟3對(duì)頻譜進(jìn)行濾波的公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，其特征在于， 步驟4從相位譜中恢復(fù)擴(kuò)展的相位所用公式為式中int[]表示取整操作符，y'為擴(kuò)展后的縱坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法，其特征在于， 步驟5將擴(kuò)展相位恢復(fù)到原始大小時(shí)，需要根據(jù)步驟2的情況確定操作方式，當(dāng)步驟2中重新排列圖像數(shù)據(jù)的方式是按列進(jìn)行時(shí)，按照第一種情況處理，當(dāng)步驟2中重新排列圖像數(shù)據(jù)的方式是按行進(jìn)行時(shí)，按照第二種情況處理，兩種情況分別為第一種情況在擴(kuò)展相位Φβ中，從第一列開(kāi)始，每間隔#列，即抽取一列，將所有抽取的列順次組合，即得到與原始相位大小相同的恢復(fù)相位Φ,公式為』行，將所有抽取
全文摘要
本發(fā)明提供一種從含有移相誤差的干涉圖中恢復(fù)相位的方法。本發(fā)明使用通用的移相干涉儀測(cè)試被測(cè)件，在干涉圖中引入線性載頻，操作干涉儀采集到一組移相干涉圖；對(duì)移相干涉圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排列得到一幅新圖像并對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉變換得到其頻譜，之后對(duì)頻譜進(jìn)行濾波，即得到相位譜并排除了誤差。對(duì)相位譜進(jìn)行反傅里葉變換后，通過(guò)反正切計(jì)算和解包裹運(yùn)算得到擴(kuò)展的恢復(fù)相位，將擴(kuò)展相位恢復(fù)到原始大小后，即可以得到被測(cè)相位。本發(fā)明從少量(例如四幅)移相干涉圖中即能夠排除移相量誤差造成的影響，恢復(fù)出準(zhǔn)確的被測(cè)相位，以實(shí)現(xiàn)在非理想的測(cè)試環(huán)境和儀器條件下提升移相干涉儀測(cè)量精度的目的。
文檔編號(hào)G01J9/02GK102175332SQ201110023740
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者何勇, 朱日宏, 李博, 李建欣, 李金鵬, 王青, 陳磊, 高志山 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)