[发明专利]一种抗扰动的时频域波前检测方法

摘要

本发明涉及一种抗扰动的时频域波前检测方法，属于光学测量领域。本发明首先采集一系列干涉图，将每张干涉图中任意一个相同位置的像素点的光强序列减去该序列的均值后，作快速傅里叶变换，再进行宽带滤波移频，然后对得到频谱序列作快速傅里叶逆变换，并对结果求对数，提取结果的虚部并解包裹后得到一个时序的相位统计序列；再然后对得到的相位统计序列作线性拟合，将拟合所得序列的第一个值存入矩阵中，作为该像素点初始相位的计算值；最后，重复上述操作，将其他像素点的初始相位计算值均存入矩阵后，再经空域解包裹重建波前原始相位的分布。本发明的方法简便易行，免受环境振动的影响，具有很好的抗扰动效果。

主权项

1.一种抗扰动的时频域波前检测方法，具体实现步骤如下：1)采集一系列的干涉图以大于f₀二倍的采样频率f_s采集一系列分辨率相同的干涉图并顺序存储在计算机中；此时每张干涉图中任意相同位置的像素点(x，y)上的光强值组成一个时序的光强序列，通过下式表示：其中，I₀是光强均值，V是对比度，f₀是移相速率的线性部分，t_n是采样时间序列，是干涉图中坐标(x，y)处被测的初始相位，δ(x，y，t_n)是环境振动和移相非线性引起的相位畸变，δ_r(x，y，t_n)是随机扰动引起的相位畸变的等效值，随机扰动包括CCD随机噪声和气流扰动等因素；同时，建立一个与干涉图同维数的空白矩阵，用以保存第6)步计算所得到的各像素点上初始相位的计算值；2)减去光强均值选取第1)步得到的每张干涉图中任意一个相同位置的像素点(x₀，y₀)，将该像素点上的光强序列减去该序列的均值以去除傅里叶变换后频谱中的零频成分，得到的新序列记为S(x₀，y₀，t_n)，可用下式表示：3)光强序列的快速傅里叶变换对于第2)步得到的减均值处理后的光强序列作快速傅里叶变换，得到减均值处理后的光强序列的频谱序列；4)滤波和移频采用宽度为0～f_s/2的矩形窗对第3)步得到的频谱序列进行宽带滤波，将频谱序列的整个正半轴部分滤出；滤波后，对滤出的频谱序列沿频率坐标轴移频-f₀得到新的频谱序列；5)快速傅里叶逆变换和提取相位统计序列对第4)步得到的频谱序列作快速傅里叶逆变换，再对结果求对数，提取结果的虚部并解包裹后得到一个时序的相位统计序列Φ(x₀，y₀，t_n)，通过下式表示：6)线性拟合并取出结果的第一个数存入矩阵对第5)步得到的相位统计序列Φ(x₀，y₀，t_n)作线性拟合，过程如下式表示：(8)其中，N为干涉图帧数，将t_n＝0时的即拟合所得序列的第一个值存入第1)步建立的矩阵中(x₀，y₀)处，作为当前坐标(x₀，y₀)处初始相位的计算值，此时斜率项Δft_n被自动消除；该计算值可用下式表示：7)空域解包裹重建波前图选取其他像素点(x′，y′)上的光强序列，重复第2)步到第6)步的操作，直到得到所有像素点的初始相位计算值并将其存入矩阵中与选取像素点相同的坐标位置，最终得到一个带有包裹的相位分布矩阵；对得到的矩阵经空域解包裹重建波前原始相位的分布。