[发明专利]基于剪切原理消除载频的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字全息和光学投影栅的三维轮廓术再现光场中消除载频的方法，具体地说是一种基于剪切原理消除载频方法，属于光学技术领域。

背景技术

利用数字全息的再现光场可以得到物体的相位分布，作为一种光学测量的手段，因其具有非接触、高灵敏度、实时和全场等优点，已经在断裂力学、形貌测量、生物粒子监视、高精度的温度和压强的测量、构件缺陷检测、力学和微电子学中的无损检测等众多领域得到广泛的应用。为了克服数字全息再现过程中孪生像和零级像的影响，通常需要使用离轴全息，因此再现光场的相位中包含有载频的相位，直接影响到真实相位的测量，必须消除载频相位才能重构物体真实相位。

光学投影栅的三维轮廓术是将条纹投影到三维物体的表面，用被三维物体轮廓调制的形变条纹获得包裹的相位信息，再经过相位展开（解包裹）得到物体三维形貌的方法。在该轮廓术中，为了提高精度，通常要使投影栅具有较高的空间频率（载频），除非在频域中移频，重构的相位中一般也含有载频的相位，同样必须消除载频才能重构物体真实三维形貌。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种能较好地消除载频给解包裹带来的困难，同时避免人为查找载频带来的误差，继而获得比传统方法更好的重构相位的方法。

本发明所采用的技术方案的步骤是：

（1）将数字全息图输入到计算机中进行衍射计算，得到K×M个数据点上的二维全息再现复光场A；

（2）在计算机中进行光场剪切，对典型的K×M个数据点上的二维全息再现复光场A，分别沿x轴方向和y轴方向作s个像素的平移（剪切），创建新的剪切光场B_x、B_y；数据点K×M和像素s的数量根据实际需要确定；

（3）分别将二维全息再现复光场A与得到的剪切光场B_x、B_y相除，得到新光场C_x、C_y，计算新光场C_x、C_y的相位，得到二维全息再现复光场A相位沿x轴方向和y轴方向的梯度D_x、D_y [新光场C的相位恰好是二维全息再现复光场A相位x轴方向和y轴方向的梯度]；

（4）再分别将D_x、D_y减去其本身的平均值，得到复光场A相位沿x轴方向和y轴方向的新梯度E_x、E_y，新梯度E_x、E_y已经不含载频，从而实现对载频的消除（即从D_x、D_y中减去其本身的平均值，在相位解包裹前完成消除载频）；

（5）利用消除载频后的相位梯度E_x、E_y，通过最小二乘法建立K×M矩形网格上的二维离散泊松（Poisson）方程：                                                [其中,为A的待求相位，而可以通过E_x、E_y计算得到]，再用离散余弦变换（DCT）求解计算出相位值的最小二乘解（计算二维全息再现复光 场相位），即为消除载频后的再现复光场相位。