[发明专利]一种时空混合匹配的双波长同时相移干涉测量方法

说明书

本发明公开了一种时空混合匹配的双波长同时相移干涉测量方法，包括：构造共路双波长同时相移双波长干涉系统，使两不同波长的激光沿相同的路径形成双波长混合干涉条纹图，通过压电陶瓷传感器移动产生相移量，同时使用单个黑白CCD采集N幅双波长同时相移双波长干涉图；对所述N幅干涉图进行主成份分析，得到两个波长下的相移量，然后对这两个波长下的相移量进行矫正，把矫正后的相移量代入最小二乘迭代算法，计算出两个波长下的包裹相位；将所述两个波长的包裹相位进行相减并解包，得到合成波长下待测相位分布。所提出的方法装置简单，测量范围大，精度高，稳定可靠，对相移器精度要求低。

技术领域

本发明涉及数字全息测量或光学干涉测量领域，具体涉及一种时空混合匹配的双波长同时相移干涉测量方法。

背景技术

光学干涉测量技术广泛用于物体的三维形貌测量，具有高精度，全场性，非接触性的特点。对于单波长干涉术，可以得到高精度的物体表面形貌，但若是干涉图中相连像素点间对应的物体高度差大于半个照明的激光波长的话，就会存在相位模糊问题。为了解决这个问题，提出了双波长干涉术或多波长干涉术。对于双波长干涉术，合成波长Λ是通过两个波长λ₁和λ₂得到的，即Λ＝λ₁λ₂/|λ₁-λ₂|。对得到的两单波长包裹相位作差，得到双波长包裹相位，且这个相位可能会有2π的跳变问题，对其进行一次解包裹操作可以得到待测物体的合成波长相位。这样即在一定程度上解决了单波长的相位模糊问题。

在得到合成波长相位前，需要先从干涉图中提取两波长下的包裹相位，这些提取方法通常有三类：第一类是空域傅里叶变换法，第二类是空域相移法，第三类是时域相移法。空域傅里叶变换法和空域相移法都可以用于动态相位测量，但精度没有时域相移法高，且空域傅里叶变换法的测量精度受滤波窗口以及噪声影响较大，还会丢失一些物体的空间频率信息；空域相移法可以用多个CCD来实现，但装置复杂，也可以用一个黑白CCD来实现，但可能会损失物体的一些细节信息，且精度也没有时域相移法高；目前被提出的时域相移法有两种形式，一种是需要在两个单波长下分别采集一组相移干涉图来提取两个单波长的包裹相位，但测量过程繁琐，容易受到外界的振动和空气扰动的影响，另一种是采集一系列同时相移双波长干涉图来提取两个单波长下的包裹相位，但现有的包裹相位提取方法存在以下问题：对相移量精度要求高，不稳定，精度低，需要的干涉图多。

发明内容

针对于现有技术中存在的对较大突变物体测量时出现相位模糊、计算不稳定、精度不高和对环境稳定和相移器相移精度要求高以及测量过程复杂的技术问题，本发明提供了一种时空混合匹配的同时相移双波长干涉测量方法。

本发明提供的方法包括以下步骤：

构造共路同时相移双波长干涉系统，使两不同波长的激光沿相同的路径形成双波长混合干涉条纹图，通过压电陶瓷传感器移动产生相移量，同时使用单个黑白CCD采集N幅同时相移双波长干涉图；

对所述N幅干涉图进行主成份分析，得到两个波长下的相移量，然后对这两个波长下的相移量进行矫正，把矫正后的相移量代入最小二乘迭代算法，计算出两个波长下的包裹相位；

将所述两个波长的包裹相位进行相减并解包，得到合成波长下待测相位分布。