[发明专利]面向液晶空间光调制器的栅式双像元相位解调方法

说明书

本发明提供一种面向液晶空间光调制器的栅式双像元相位解调方法，包括步骤：S1：栅式双像元相位调制步骤，通过液晶空间光调制器来实现波前相位在垂直方向上的栅式相位调制和水平方向上的双像元波前相位调制；S2：相位插值复原步骤，利用采样灰度信息的噪声滤除、平滑处理和样条插值拟合实现光强图像的全域和准确复原；S3：梯度投影相位解调步骤，利用梯度投影算法去除干涉图像背景光强，并通过反正切运算实现相位提取，实现待测元件波前相位信息重构。本发明的一种面向液晶空间光调制器的栅式双像元相位解调方法，可实现液晶空间光调制器相位调制误差的有效控制，获取准确的相位分布信息，可基于液晶空间光调制器实现准确的空间相位提取。

技术领域

本发明涉及激光干涉检测技术领域，尤其涉及一种面向液晶空间光调制器的栅式双像元相位解调方法。

背景技术

相移干涉测量技术(PSI)，通过一帧或多帧干涉图像序列波前耦合相位信息的解调，实现光学元件等表面形貌三维信息测量、重构。经过近四十年研究发展，因全像场、非接触、高精度及灵敏度、无损伤等优势，相移干涉逐渐取代传统机械接触式检测技术，成为光学元件面形检测领域重要手段之一，并被广泛应用。

根据干涉原理，相干光束在传播时，波前相位随时间、空间可产生周期性变化。按照相位变化原理，PSI的实现类型被分为时间移相(T-PSI)和空间移相(S-PSI)。T-PSI原理简单，易于实现，应用广泛，但其需要采集多帧干涉图像，相移次数多，检测周期长，导致其检测过程受外界环境振动、周围空气扰动等因素影响严重。而空间移相(S-PSI)技术，通过空间位置各像元相移量调控，仅采集一帧干涉图像即可实现波前相位信息的提取。相较于T-PSI，S-PSI技术具备采集图像数量少、采样周期大幅度缩短，使得其抗振动、抗干扰能力强，误差累量小，具有更广阔的发展空间和工业应用前景。目前，S-PSI已成为干涉检领域的主要研究方向。

液晶空间光调制器(LC-SLM)，基于晶体的电控双折射效应，可以实现波前振幅及相位调制，其操作灵活，鲁棒性强，调制分辨率高，是目前一种新兴的S-PSI技术。然而，受到调制模式限制，S-PSI往往需要高精度的相位调制及配准，否则将导致其图像采集质量较低、误差大。目前，2*2像素调制是传统S-PSI的常用相位调制方法，其四个像素相位制量为π/2，各像元以0，π/2，π，3π/2为相移量交替，同时，各调制单元以2*2像素为单位，规则排列分布。然而，与其它S-PSI技术不同的是，LC-SLM内部存在沟道阱，其相邻像元相位变化及位置分布存在过渡误差、配准误差，且误差值与调制像元数量满足负相关关系；因此，利用现有的2*2调制模式，LC-SLM无法实现以π/2为调制量的精确相移。

综上分析，LC-SLM作为一种新兴的S-PSI相移器件，具备很好的应用前景，但其目前的2*2模式相位调制方法复杂，且对像元调制精度及配准精度要求高，致使其各像元采集光强及位置分布误差较大。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种面向液晶空间光调制器的栅式双像元相位解调方法，能够基于液晶空间光调制器实现准确的空间相位提取。

为了实现上述目的，本发明提供一种面向液晶空间光调制器的栅式双像元相位解调方法，包括步骤：

S1：栅式双像元相位调制步骤，通过液晶空间光调制器来实现波前相位在垂直方向上的栅式相位调制和水平方向上的双像元波前相位调制；

S2：相位插值复原步骤，利用采样灰度信息的噪声滤除、平滑处理和样条插值拟合的方法实现光强图像的全域和准确复原；

S3：梯度投影相位解调步骤，利用梯度投影算法去除干涉图像背景光强，并通过反正切运算实现相位提取，实现待测元件波前相位信息重构。

优选地，所述S1步骤进一步包括步骤：

S11：启动干涉仪，进行系统校正；