[发明专利]一种基于空域填充的干涉条纹空间载频估计方法

说明书

本发明提供了干涉测量技术领域的一种基于空域填充的干涉条纹空间载频估计方法，包括如下步骤：步骤S1、输入二维空间干涉条纹图；步骤S2、随机提取二维空间干涉条纹图中x方向和y方向的一维干涉条纹信息；步骤S3、利用窗函数对一维干涉条纹信息作加权操作；步骤S4、对加权操作后的一维干涉条纹信息进行空域填充操作；步骤S5、对空域填充操作后的一维干涉条纹信息进行离散傅里叶变换，得到频域插值频谱；步骤S6、对频域插值频谱进行频谱滤波，得到一级频谱分量；步骤S7、搜寻一级频谱分量中强度峰值的坐标位置；步骤S8、基于坐标位置计算x方向和y方向的空间载频大小。本发明的优点在于：极大的提升了空间载频计算的精度以及速度。

技术领域

本发明涉及干涉测量技术领域，特别指一种基于空域填充的干涉条纹空间载频估计方法。

背景技术

在现代干涉光学精密测量中，光学元件面形检测、高精度非球面面型检测、三维物体表面轮廓测量以及干涉显微成像技术等光学测量与成像领域都涉及干涉条纹或者结构光条纹的分析技术。其中二维空间载频干涉条纹分析技术在上述应用领域中具有重要的地位，由于在干涉测量过程中引入线性空间载频技术，使得基于单幅空间载频干涉条纹的分析就能够实现相位信息的恢复，能够应用于动态与瞬态实时测量与成像应用需求。二维空间载频干涉条纹可以由以下公式描述：

I(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[2π(f_0xx+f_0yy)+φ(x,y)],

式中a(x,y)为背景光强，b(x,y)为调制函数，f_0x和f_0y分别为x和y方向的空间载频分量大小，φ(x,y)为待测物理量的相位信息。

实际应用中，一般采用阵列图像传感器记录干涉条纹，即干涉条纹的采集是采样离散化的结果。离散情况下的二维空间载频干涉条纹表示为：

式中u₀和v₀分别为接近f_0x和f_0y的整数，M、N分别为x和y方向上的采样点数，采样的间距为T_x＝T_y＝1；m和n分别表示x方向和y方向上的离散值，u₀/M和v₀/N为离散空间载频大小。

考虑到离散化过程，实际空间载频f_0x和f_0y与离散化后的采样空间载频u₀/M和v₀/N之间存在离散误差，二者的关系描述如下：

式中δ_x和δ_y分别表示x方向和y方向上的所述的空间载频f_0x和f_0y与Niquest采样后离散化空间载频u₀/M和v₀/N非整数取值导致的误差值。那么实际的空间载频f_0x和f_0y与离散化空间载频u₀/M和v₀/N之间的误差为：

式中δ_fx和δ_fy分别为由于离散化导致的x方向和y方向上的空间载频离散化误差。

可见，在实际干涉条纹分析过程(比如采用傅里叶变换条纹分析法存在的“移频误差”)中，必须考虑空间载频误差导致的相位畸变和误差问题。因此，解决空间载频离散化误差在干涉条纹分析过程中具有重要的应用价值，比如解决傅里叶变换条纹分析法存在的“移频误差”、全息干涉显微成像中的存在的相位畸变误差以及干涉型相位显微成像中载频相位畸变校正与抑制等应用具有重要价值。