[发明专利]一种从含有移相误差的干涉图中恢复相位的方法

说明书

技术领域

本发明属于光干涉计量测试领域，特别是一种从含有移相误差的干涉图中恢复相位的方法。

背景技术

移相干涉术是现今广泛使用的光学面形测试技术，该技术使用干涉仪采集一组移相干涉图，每幅图之间具有特定的相位差，根据干涉图可以恢复被测相位。这些相位差称为移相量或移相步长，通过干涉仪的移相器产生，如果移相量不准确，就会给恢复的相位带来误差。而在实际应用中，干涉仪的移相器非线性等硬件因素，或振动等环境因素，均会产生移相量误差，这成为制约移相干涉术测试精度的重要原因。

为了从含有移相误差的干涉图中恢复准确的相位，发展了很多相位恢复技术，这些技术主要有三类：一类是要求特定的干涉图数量和移相步长的算法，这些算法对特定种类的移相误差有抵抗作用，如哈里哈兰五步法，能够减轻移相量的线性畸变造成的影响。第二类是振动补偿算法，通过对恢复的误差相位的修正，能够抑制振动引起的移相量误差造成的影响。这两类技术的缺点在于，只对特定形式的移相误差有效。第三类技术将移相量作为未知量，与被测相位同时求解，因此不再要求移相量必须为准确值。这类方法对不同形式的移相误差均有效，但通常涉及复杂运算，例如迭代法中的迭代运算，加窗傅里叶变换最小二乘法的加窗傅里叶变换运算，这些运算耗时长，且需要谨慎地选择控制参数，否则可能导致计算失败。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种从含有移相误差的干涉图中恢复相位的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种从含有移相误差的干涉图中恢复相位的方法，包括以下步骤：

步骤1、使用通用的移相干涉仪测试被测件，通过调整干涉仪的参考镜或测试件的倾斜量在干涉图中引入线性载频，至干涉图中出现10根或更多的准平行直条纹时，操作干涉仪采集到一组移相干涉图，该组移相干涉图包括集2π/δ幅，其中δ为干涉仪移相步长；

步骤2、对上述采集到的移相干涉图上的数据进行重新排列得到一幅新图像；

步骤3、对上述新图像进行快速傅里叶变换得到其频谱，之后对频谱进行滤波得到相位谱并排除了误差；

步骤4、从相位谱中恢复扩展的相位，即对相位谱进行反傅里叶变换后，通过反正切计算和解包裹运算得到扩展的恢复相位；

步骤5、将扩展相位恢复到原始大小，从而得到被测相位。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）不需要假设移相误差满足特定形式，因此对各种类型的移相误差均有效；2）使用较少数量的移相干涉图，例如四幅，即可实现，可减少干涉图采集时间；3）由于仅使用固定次数的快速傅里叶变换、矩阵的加乘法运算和少量排序运算，因此计算速度快；4）该方法中大部分参数可自动确定，其余的可由经验给出，无需根据不同对象反复调整，具有很高的自动化程度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为对一组移相干涉图数据进行重新排列的示意图，其中图（a）为排列操作示意图，图（b）为对一组仿真图像的操作结果。

图2为在频域使用滤波提取相位谱的示意图。

图3为实施例使用的四步移相干涉图。

图4为实施例中对移相干涉图重新排列得到的新图像。

图5 为实施例中将扩展相位恢复到原始大小后的面形图。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明的一种从含有移相误差的干涉图中恢复相位的方法，包括以下步骤：

步骤1、使用通用的移相干涉仪测试被测件，通过调整干涉仪的参考镜或测试件的倾斜量在干涉图中引入线性载频，至干涉图中出现10根或更多的准平行直条纹时，操作干涉仪采集到一组移相干涉图，该组移相干涉图包括集2π/δ幅，其中δ为干涉仪移相步长；

步骤2、对上述采集到的移相干涉图上的数据进行重新排列得到一幅新图像；对移相干涉图上的数据进行重新排列的方式为：设新图像初始为空，将各幅移相干涉图的第一列顺次插入新图像右侧，即以第一幅干涉图的第一列作为新图像的第一列，第二幅干涉图的第一列作为新图像的第二列，以此类推，当全部移相干涉图的第一列排列完成后，再将各幅干涉图的第二列顺次插入新图像右侧，直到各幅移相干涉图上的所有列被插入新图像；图1显示了对四幅移相干涉图的数据重新排列得到新图像的操作，所用公式为：

                                                  (1)