[发明专利]一种移相干涉仪的抗振动方法

说明书

本发明公开了一种移相干涉仪的抗振动方法，该方法中的移相干涉仪相机在打开和关闭像素组合功能下以高速采集第一组移相干涉图和以低速采集第二组移相干涉图。第二组移相干涉图经过均匀采样后的得到与第一组移相干涉图分辨率相同的第三组移相干涉图。使用修正三步迭代算法从第一组移相干涉图中提取低分辨率位相分布，并以其作为初始值利用修正三步迭代算法从第三组移相干涉图中计算时间相关参量。按比例缩放时间相关参量后，结合第二组移相干涉图构造最小二乘方程，计算高分辨率位相分布，最终重构被测表面高度。本发明方法充分利用了移相干涉仪相机的像素组合功能和修正三步迭代算法的特点，使用较低硬件成本较好地达到了移相干涉仪对抗振动的目的。

技术领域

本发明属于移相干涉测量领域，具体涉及一种移相干涉仪的抗振动方法。

背景技术

移相干涉仪是测量光学表面面形的重要仪器，具有高精度和高空间分辨率的特点。但传统的移相干涉仪对外界振动非常敏感，极微小的振动都会导致很明显的测量误差。为了满足现场测量、在位测量和其他振动环境下测量的需求，研究者们发展了迭代算法，可以从受振动干扰的移相干涉图中提取位相分布。修正三步迭代算法（MTIA）是其中有代表性的一种，可以补偿振动造成的倾斜移相误差和对比度波动，可以参阅公开发表的文献“Q.Liu, Y. Wang, J. He, et al. Modified three-step iterative algorithm forphase-shifting interferometry in the presence of vibration. Applied Optics.2015, 54: 5833-5841.”。 修正三步迭代算法是以移相干涉图为数据基础，输入初始值，经过若干次迭代循环，收敛得到正确的位相分布。修正三步迭代算法能够收敛的重要因素是初始值的选取，初始值可以是估算的移相量或相位分布。初始值与准确值越接近，迭代计算收敛速度越快，否则收敛速度慢或不会收敛。如果移相干涉仪移相器的速度和相机的帧频都很高，在很短时间内完成移相干涉图的采集，这样振动的影响就会被弱化，有利于修正三步迭代算法收敛到正确结果（此时，修正三步迭代算法的抗振动性能好）。然而，在现有技术水平下，相机获取和传输图像数据的速度是有限的，无法在高帧频下实现高空间分辨率的图像采集。但相机一般都具备像素组合（binning）功能，打开像素组合功能，相机获取和传输图像的帧频高，则图像的分辨率就会很低；关闭像素组合功能，相机工作在全分辨率状态，获取图像的分辨率高，则相机获取和传输图像的帧频就会很低。对于移相干涉仪来讲，相机的高分辨率意味着更加精细的测量结果，可以看清表面细节。对修正三步迭代算法来讲，移相干涉仪的相机高帧频和高分辨率不可调和的矛盾就导致了修正三步迭代算法抗振动性能和精细测量结果之间的矛盾，亟需针对移相干涉仪发展一种既具有良好对抗振动的能力又能重构高分辨率表面的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种移相干涉仪的抗振动方法。

本发明的移相干涉仪的抗振动方法，其特点是，所述的方法包括以下步骤：

a.启动移相干涉仪，使移相干涉仪工作在移相模式，采集相邻两幅移相干涉图时移相装置产生的光程差变化为Δ，计算预设移相量为2πΔ/λ，λ为光源波长；

b.打开移相干涉仪相机的像素组合功能，移相装置配合相机帧频产生光程差变化，移相干涉仪采集第一组移相干涉图，共L1幅，每幅移相干涉图的分辨率是R1×C1；

c.关闭移相干涉仪相机的像素组合功能，移相装置配合相机帧频产生光程差变化，移相干涉仪的相机采集第二组移相干涉图，共L2幅，每幅移相干涉图的分辨率是R2×C2，R2/R1=M，C2/C1=N，M、N均为大于1的整数；

d.以预设移相量作为初始值，使用修正三步迭代算法从第一组移相干涉图中计算位相分布Ⅰ；

e.对第二组移相干涉图中的每一幅移相干涉图进行均匀采样，得到分辨率为R1×C1的第三组移相干涉图；