[发明专利]一种基于两步非线性移相的快速高精度相位提取方法

说明书

本发明适用于信号处理技术改进领域，提供了一种基于两步非线性移相的快速高精度相位提取方法，包括：S1、利用两幅干涉图拟合出一个斜椭圆方程；S2、利用最小二乘法求解斜椭圆方程的系数；S3、根据求解的斜椭圆方程系数求解斜椭圆的参数；S4、根据获取的斜椭圆参数将斜椭圆转换成标准的椭圆方程；S5、通过标准的椭圆方程提取出相位信息。通过斜椭圆转换为标准椭圆的过程，校正了由光源不稳定、空气扰动以及移相器不稳定所带来的移相误差，提高算法的精度。不需要提前滤除直流分量，利用非迭代的方法直接从干涉图中提取相位信息，提高算法的运行速度，可以实现快速的测量。

技术领域

本发明属于信号处理技术改进领域，尤其涉及一种基于两步非线性移相的快速高精度相位提取方法。

背景技术

精密零器件的数量级在微米甚至纳米级别，在精密零器件的生产加工中，不可避免的存在各种误差，一些微小的形变将会导致零器件的功能受到影响，因此对零器件微观形貌的检测十分重要。形貌的检测可以分为接触测量和非接触测量。接触测量使用机械探针，探针与物体接触会损坏物体，探针也需要经常更换，增加了成本。非接触测量具有效率高、稳定性好、避免对零器件二次损伤的优点，受到人们的广泛关注。为了获得相位信息，好的相位提取算法至关重要。经典的相位提取算法需要知道确定的移相值，然而在移相中，由于光源不稳定、空气扰动以及移相器的不稳定所引起的移相误差，会导致经典相位提取算法精度急剧下降。为了提高移相精度，克服平移误差(移相器未对准所导致)的影响，涌现了一大批相位提取算法，包括主成分分析法(PCA)，李萨如图形与椭圆拟合(LEF)，斯密特正交与椭圆拟合(GSLEF)，斯密特正交与最小平方迭代(GSLSI)，主成分分析与椭圆拟合(PCALEF)，椭圆拟合与最小平方迭代(LEFLSI)等等。然而移相器的非线性以及非均匀性所导致的倾斜移相误差尚未克服，影响算法的精度。

为了克服倾斜移相误差，研究者们提出了大量相位提取算法。2000年，陈等利用泰勒展开的方法来补偿随机倾斜移相误差，该算法只能处理小幅度的倾斜相移。2008年，徐等提出利用改进的最小平方迭代算法提取倾斜移相值，再利用移相值推算出相位信息，此算法需要进行迭代，导致算法运行时间长。为了扩大使用范围，刘等提出利用三步迭代算法，可以提取大幅度倾斜移相，然而，这个算法耗时长，不利于动态测量。近期，WIELGUS用非线性误差最小化从两副图中提取倾斜移相值，可以获得较快的速度，然而这种算法需要提前滤除背景光强，这会给算法引入新的误差。而且这种算法只针对线性倾斜移相有效，对于非线性倾斜移相，此算法不能有效的提取出相位信息。

虽然在人们提出的移相干涉相位提取算法中可以在倾斜移相的情况下提取出相位，但这些方法都各自存在不足，无法满足快速、高精度的从倾斜移相干涉图中精确的提取出相位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于两步非线性移相的快速高精度相位提取方法，旨在解决由移相器的非线性以及非均匀性引起的随机非线性移相误差、背景光强和调制幅度扰动等影响的问题。

本发明是这样实现的，一种基于两步非线性移相的快速高精度相位提取方法，所述基于两步非线性移相的快速高精度相位提取方法包括以下步骤：

S1、利用两幅干涉图拟合出一个斜椭圆方程；

S2、利用最小二乘法求解斜椭圆方程的系数；

S3、根据求解的斜椭圆方程系数求解斜椭圆的参数；

S4、根据获取的斜椭圆参数将斜椭圆转换成标准的椭圆方程；

S5、通过标准的椭圆方程提取出相位信息。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中两幅干涉图在存在背景光强、调制幅度扰动及随机非线性移相误差下表示为其中，a₁(x,y),a₂(x,y)表示背景光强，b₁(x,y),b₂(x,y)表示调制幅度，δ(x,y)表示两幅干涉图之间的移相量。