基于质量图导引的相位展开方法的研究(2)

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4.5 小结 22

结论 23

致谢 24

参考文献 25

1 引言

1.1 论文研究背景

随着激光技术、光电探测技术、计算机技术、图像处理和精密机械等技术的发展，近代光干涉测量技术已得到了长足的发展。激光技术的发展，解决了干涉的光源问题，从紫外到红外的不同波段都有相应的激光光源了，可以研制出适应不同波段测量的干涉仪。光电探测技术的发展，提高了干涉仪测量的空间分辩率和相位分辩率，为干涉仪的数字化提供了好的手段。自从Buring等人于1974年提出移相干涉术PSI（Phase Shifting Interferometry）以来[1]，从干涉图中高精度提取相位信息已变为可能。在传统干涉仪上面引入移相干涉技术，把传统光机型的目视干涉仪，改造成为数字自动化的测量仪，这就大大提高了干涉仪的测量精度扩展了干涉仪的测量功能为光学元件的高精度加工提供了有效的测量装置。文献综述

随着光学干涉计量技术(散斑干涉、全息干涉、莫尔干涉等、磁共振成像技术，尤其是合成孔径雷达干涉技术)的发展和应用，相位展开技术逐渐成为了一项重要的技术，引起了人们的广泛重视。对于理想的包裹相位图，只要利用ITOH[2] 提出的方法对包裹相位梯度进行线积分即可，但是实际得到的包裹相位图却可能包含噪声、阴影，以及欠采样等，致使相位展开问题变得非常困难。20世纪60、70年代，以釆用积分法作为理论基础的一维相位解缠扩展到二维，然而，由于失真相位和噪声的干扰，二维相位解缠一致性和精确性无法得到保障。20世纪80、90年代，国外学者对此做了大量研究，并提出许多代表性解缠算法。这些算法大致可分为两类：(1)基于路径跟踪(Path-Following)的相位解缠算法；(2)基于最小二乘(Least-Qquare)的相位解缠算法。我国起步较晚，但近十年来，国内学者以两大类算法为基础，研究出大量新型的解缠算法近20年来，各种相位展开的算法层出不穷，各种算法的优劣和适用条件都有待于进一步的考察，应用较多的算法分别是CUSACK基于最近邻匹配的枝切法[3]，SU基于平均相位差的质量图导向法[4]，基于网络规划的最小费用流方法[5]，基于离散余弦变换的最小二乘法[6]和基于二项式的正则化方法[7]。

至今，国内大量文献针对各种算法的优势、劣势进行了比较和分析，并探讨了各个算法的适用性，但是为快速地获取高质量的相位解缠结果，各国学者仍致力于求新的相位解缠算法。

1.2 论文主要研究内容及工作

本课题是基于本校研制的移相式数字破面干涉仪平台上的，着重研究移相干涉产生的干涉相位图，将得到的包裹相位进行解包处理，得到其展开相位信息，特别是基于质量图导引的相位展开方法的研究，编制相关计算程序，进行仿真模拟。

（1）研究移相干涉的原理；

（2）研究相位解包的原理；

（3）着重研究一种基于质量图导引的相位展开方法的原理；

（4）编写程序实现该算法；

（5）设定初始数据，仿真模拟并验证该算法的正确性；

（6）与其他的质量图导引的相位展开方法进行对比，分析其优势和不足；

2 移相干涉术

近代光干涉测量技术与传统的光干涉测量技术的本质区别在于对干涉图的识别方法。干涉仪在对光学元件进行测量时，其误差包含在干涉图中，传统的光机型干涉仪只能得到干涉图的照片，工作人员必须根据自己的经验来估读，现在有很多工厂仍然采用这种方法，其缺点是人为因素大，不适合高精加工的测量要求，最有经验的技术员也只能估到0.2个光圈。近代干涉测量方法，利用阵列探测器可采集到数字化的干涉图，通过不同的波面求解算法准确计算出干涉图中所包含的波面信息，排除了人为的因素，测量精度可达到1/50波长，同时，通过数字波面还可计算各种像差和波面评价指标。在近代光干涉技术中的波面求解算法很多，有空间载频外差干涉术[7]、条纹扫描法[8]、外差干涉术移相干涉术等。移相干涉术是使用最普遍稳定性最好的方法。下面对移相干涉术的基本原理和关键技术进行介绍。论文网