[发明专利]一种大梯度自由曲面测量方法

说明书

本发明公开了一种大梯度自由曲面测量方法，对待测自由曲面施加一定的角度，完成待测自由曲面衍射物光波的空间频率调制，被图像传感器采集。通过调整多个角度并记录多帧自由曲面不同角度的全息图，然后通过图像处理算法，完成每帧全息图条纹稀疏子区域的选取，再由数字重建算法恢复出被调制的待测自由曲面的子区域三维结构。最后，根据解调算法可恢复原始待测自由曲面的子区域三维结构，利用合适的拼接算法实现多帧子区域的波前数据拟合，即可恢复出自由曲面的三维面形信息。本发明通过倾斜角度的引入实现了对自由曲面高频信息的采集过程，为自由曲面测量提供了新的解决方案。

技术领域

本发明涉及自由曲面测量领域，具体为一种大梯度自由曲面测量方法。

背景技术

随着现代加工技术的发展，自由曲面元件近些年被广泛应用于航空航天、生物医学、国防军工、现代光学等重要领域。自由曲面主要包括回转对称非球面和非回转对称非球面，其相较于常见的球面元件在结构上有更高的自由度，能够更灵活的适应使用的需求。特别是在光学领域，自由曲面透镜组成的光学系统相比于传统的光学系统能够简化布局，提升能量传输效率、更好的校正像差等。如今，对自由曲面的复杂性和精密性需要进行灵敏、高效的测量和评价，同时精密的测量又推动了自由曲面更好的设计、加工。随着各领域对自由曲面元件面形精度要求的提升，如何有效解决自由曲面的高精度测量问题是当今的研究热点之一。

现有的应用于自由曲面的测量方法，都是针对小梯度的自由曲面。无论是应用最为广泛的干涉法还是数字全息法，都需要解析条纹图来实现三维信息的恢复，面对大梯度的自由曲面，现有的方法依然会遇到产生的全息图区域条纹过于密集，而无法解析的难题。如何实现大梯度自由曲面的高精度检测,已经成为该测量领域的迫切问题之一。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种大梯度自由曲面测量方法，是在不改变现有数字全息系统结构的基础上，通过多个倾斜角度对自由曲面进行调整，实现数字全息对大梯度自由曲面的高精度测量。

本发明采用的技术方案为：一种大梯度自由曲面测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、对待测自由曲面施加一定的角度，完成待测自由曲面衍射物光波的空间频率调制，使得衍射物光波与参考光干涉生成的全息图部分子区域条纹密度降低，被图像传感器采集；

步骤2、由于一帧全息图只能获得自由曲面的部分梯度信息，所以需要调整多个角度并记录多帧自由曲面不同角度的全息图，然后通过图像处理算法，完成每帧全息图条纹稀疏子区域的选取，再由数字重建算法恢复出被调制的待测自由曲面的子区域三维结构；

步骤3、根据解调算法可恢复原始待测自由曲面的子区域三维结构，利用合适的拼接算法实现多帧子区域的波前数据拟合，即可恢复出待测自由曲面的三维面形信息。

其中，通过倾斜角度的引入将原始大梯度区域生成的密集全息条纹调制为能被光电探测器采集的稀疏全息条纹，然后通过后续算法实现整个自由曲面的测量，该方法为自由曲面测量提供了新的解决方案。

其中，图像传感器包括面阵彩色相机、线阵彩色相机、面阵黑白相机和线阵黑白相机，其类型包括CMOS和CCD。

其中，待测自由曲面包括透明自由曲面和表面反光的自由曲面。

其中，参考光波前可为球面波或平面波，并且与衍射物光波的波长一致。

其中，待测自由曲面的衍射物光波是准直光束经物体透射或反射形成的。

其中，所述的子区域选取算法是通过计算采集得到的全息图像的梯度来进行区域划分。

其中，所述的解调算法是通过给调制后的子区域添加反向倾斜因子来实现。