基于DCT算法的种子点相位解包算法

移相干涉术由于其高精度被广泛应用在光学元件的面形测量上,而由移相算法得到的相位数据被包裹在[-π,π]之间。基于区域生长理论的相位解包算法(种子点法)可以高精度地实现连贯区域的相位解包,基于离散余弦变换的最小二乘解包(DCT)算法可以实现矩形区域的相位解包,而实际测量中,经常会碰到被测件的有效区域为非矩形的分离区域。因此,在分析前两种算法优缺点的基础上,提出了基于DCT算法的种子点相位解包算法。首先运用DCT算法对整个包裹相位进行解包,然后运用种子点法分别解包各分离区域,再通过DCT算法求得的种子点干涉级次实现各分离区域解包相位的统一。实验结果表明,该方法克服了种子点法和DCT算法的缺点,可以准确、快速地实现分离区域干涉图包裹相位的解包,且比这两种算法具有更好的稳定性和更高的精度。     

基于区域生长理论的波面解包算法研究

在移相干涉技术的相位计算中,周期函数arctan的相位值分布在[-π,π]之间,相位值分布的跃变形成了被压包后的波面。理想无噪声和边界形状规则的压包波面可以直接通过条纹扫描法进行解包。例如当被测物边界形状不规则和存在噪声(灰尘脏点)时,会导致干涉图上出现无效区域,必须采用不依赖于边界形状,能自动绕过无效区域的算法。采用区域生长法对这类干涉图进行了解包。通过编程计算表明,这种解包算法能解决光学检测中的几乎所有的干涉图处理问题。     

动态干涉仪干涉图位置配准及移相误差校正

为抑制动态干涉仪系统中存在的干涉图空间位置匹配误差以及移相误差,采用相位相关算法和载频交叠重构干涉术,前者以光斑边缘为匹配特征,通过配准测试光斑,实现对4幅移相干涉图在空间位置上的像素级配准;后者按列交叠重构4幅载频移相干涉图,实现相位谱与误差谱在傅里叶频谱中相分离,滤取相位谱即可抑制移相误差对测量结果的影响。实验结果显示,两种方法均可以有效抑制干涉图的位置配准误差以及移相量误差,其结果与干涉仪结果相吻合,均方根值和峰谷值分别相差0.0057λ和0.0235λ。相位相关算法不受光强畸变等因素的影响,而载频交叠重构干涉术可以同时抑制由移相器件造成的两倍频相位误差和由光强畸变引入的一倍频相位误差。     

从一幅载频全息图中实现相位重构的新算法

为了实现对单幅载频下涉图进行相位重构.提出了一种避免相位"解包裹"的简易算法.该算法从载频干涉图中解出所求相位的两个偏导数,然后对两个偏导数积分从而得到所求的相位.利用该算法分别对计算机模拟的干涉图和实验所得干涉图进行相位重构,重构结果均表明该算法能够很好地从载频干涉图样中实现相化重构.并且由于避免了相位"解包裹"的过程,从而简化了相位重构的流程,同时也避免了由相位解包带来的错误或误差.此外,该方法在重构相位时,对干涉图中强度分布的不均匀性不敏感.     

基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术

为测量光学系统出射波前以及动态波前,提出一种基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术。在传统点衍射干涉仪中调整点衍射板轴向离焦量引入圆载频,通过二阶极坐标变换可以将圆载频干涉图转换为具有准线性载频特征的干涉图,从而在频域中将连续频谱转换为准离散谱,采用傅里叶变换法即可提取相位。仿真波面为利用36项Zernike多项式随机生成,在离焦17λ条件下相位恢复误差的均方根值为0.002λ。实验测量了F/10标准镜头岀射波面,测量结果与SID-4波前探测器一致;实验还实现了有机玻璃材料吸收特性的动态检测。因此采用该技术能够实现光学系统的检测以及动态波面实时测量。     

一种变频相移干涉测量的相位提取算法

相位提取的精度直接影响相移干涉测量的精度。在变频相移干涉测量中,相移量由干涉腔长和波长变化量决定,必须对测试系统进行相位标定,但常因相位标定不精确而引入相移误差,影响相位提取的精度。运用一种基于迭代的相位求解算法,该算法无需对测试系统进行相位标定,可以在被测相位和相移量均未知的情况下,通过交替迭代法求解出被测相位。通过仿真比较了传统四步相移和基于迭代的相位求解算法的相位提取精度,结果表明,基于迭代的相位求解算法的相位提取精度优于传统四步相移算法的精度。     

基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量方法

为解决薄膜厚度的高精度测量问题,提出一种基于相位偏移干涉术的薄膜厚度测量新方法,利用该方法对一个实际SiO₂薄膜样片进行测试,通过对所获取的干涉图进行相位解包及数据分析处理,实现对薄膜样片厚度的精确测试。结果表明：该方法具有非接触和测量精度高等优点,所测薄膜厚度的峰谷值为0.162μm,均方根值为0.043μm,为薄膜工艺的进一步研究提供了检测方法上的技术保障。     

FFT动态相位重建算法的滤波窗影响分析

为了优化相位重建算法，针对波面干涉图的傅里叶频谱，分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应，通过计算机仿真和实验测试，确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.008 5λ，波面均方根值残差为0.000 1λ；处理实验干涉图获得的波面与移相干涉测量法获得的波面峰谷值残差为0.009 3λ，波面均方根值残差为0.000 5λ。结果表明:选取Hamming窗进行滤波处理并重建的相位经拟合后得到的波面较参考波面的面形残差最小，相位重建精度优于0.01λ，可进一步应用于大口径光学元件的测量中。     

基于样本块匹配的干涉图延拓方法

在快速傅里叶变换(FFT)方法处理单幅干涉图原理的基础上,提出一种基于样本块匹配的干涉图延拓方法,利用干涉图像的可信度和等照度线特征,来确定待填充块的优先权,然后在干涉图的已知区域寻找与待填充块最相似的样本块来进行填充。充分利用了干涉图的条纹特征,结合梯度变化方向有效地合成纹理信息,具有很好的延拓效果。最后将该干涉图延拓方法与傅里叶变换,合适的滤波函数和相位解包方法结合起来形成整套单幅干涉图处理方法。采用该单幅干涉图处理方法获得的波面峰谷值与Zygo移相干涉仪得到的平均相差不到λ/100,并且两种方法获得的波面均方根值平均相差不到λ/200。     

基于低通滤波的相位掩模干涉图相位解调方法

 传统的四步相移算法在分析相位掩模干涉图时存在相移值误差、分辨力降低和相干噪声等不足,从而影响了动态干涉仪的性能。为了提高相位掩模干涉图的分析精度,提出了一种基于低通滤波的相位解调方法。该方法根据相位掩模引入相位的空间频率远大于被测相位空间频率的最大值,采用低通滤波的方法提取相位信息。数值分析结果表明,该方法的精度高于传统四步相移算法。分析干涉图的信噪比,合理选择低通滤波器,可进一步提高相位解调的精度。     

New data-processing technique for measurement of metallic foil thickness with differential white-light interferometry

The thickness of metallic foil was measured by differential white-light interferometry (DWLI). Two tandem Michelson interferometers (MI), in which the reflective surfaces measured are the surfaces of the metallic foil, were used as a basic interferometry system to obtain interference fringes on a spectrometer. Therefore, the interference fringes depend only on the path differences caused by the thickness of the metallic foil. The interference fringes were analyzed using a modified extremum method based on the least root-mean-square (RMS) deviation. Experimental results for thickness measurements are presented. Measurement time is only 100 ms or less for a thickness of 1–80 μm.     

光栅大错位数字散斑干涉术的研究

提出一种新的大借位数字散斑干涉术。它在成像物镜的像方空间放置光栅,利用光栅的衍射原理,使来自参考物和被测物的光波在像面发生干涉。用傅里叶光学原理详细讨论了该方法的基本原理,并对受均布载荷的周界固定方板这一典型试件的离面位移场进行了实测。结果表明,实验值和理论解吻合。报导了一些应用实例。理论和实验表明,该方法不仅具有全息干涉计量术达λ/4的高灵敏度,还具有防震要求低和能在明场环境下进行现场测量的显著优点。     

正交双物光全息有限角层析技术重建燃烧器温度场

提出了正交双物光全息干涉及限角层析技术，可以从正交两个方向同时获取物场信息，并采用循环代数迭代松驰算法重建了燃烧器热气流的一个层面温度场，得到了满意的测量精度。重建温度与四个热电偶同时测得的温度基本相符。     

基于迈克尔逊干涉的傅里叶变换散斑形貌测量技术

提出了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的方法。采用典型的迈克尔逊干涉光路，将物体偏转一微小角度（等效为物面与参考面间形成空气楔）产生等厚干涉，可在物体的表面引入包含物体高度信息的载波干涉条纹。用CCD采集该载波条纹图，利用傅里叶变换法可解调出物体高度的位相信息，从而实现物体的形貌测量。介绍了电子散斑干涉载频调制测量物体形貌的原理，并进行了实物测量，给出了实验结果。由于该方法采用散斑干涉方法测量物体形貌，所以具有灵敏度高的优点。     

基于物体像的干涉条纹图像中散斑噪声的识别方法

散斑噪声是激光干涉时的普遍现象，其覆盖被测表面对应区域的形状信息，造成测量误差。针对斜入式激光干涉测量中散斑噪声的特点，提出一种基于物体像的散斑噪声的识别方法。该方法通过统计物体像中有效测量区域和背景区域内灰度分布的特点，自动计算出判定散斑噪声的上下阈值。基于物体像与干涉条纹图像间微米级的映射关系，得到干涉条纹图像中散斑噪声的位置。设计了相关实验，对干涉条纹图像中识别出的散斑噪声区域进行修补，消除了包裹相位图中一个条纹周期内相邻像素点间大于π的相位突变。     

A comparative study of phase-shifting algorithms in digital speckle pattern interferometry

Digital speckle pattern interferometry (DSPI) is a tool for making qualitative as well as quantitative measurements of deformation of objects. Phase-shifting algorithms in DSPI are useful for extracting quantitative deformation data from the system. Comparative studies of the different phase-shifting algorithms in DSPI for object deformation measurement are presented. Static and quasi-dynamic deformation of the object can be measured using these algorithms. Error compensating five-step phase-shifting method is used for the algorithms.     

利用激光全息干涉测量梁的微小位移

全息干涉测量利用二次曝光记录物体在不同载荷状态下的相对位移场.通过在干板上记录和比较不同状态产生的光波的干涉,可以得到在不同载荷时干涉条纹随物体位移的变化情况,实现对物体微小变形、微小位移量的测量.本文利用激光全息干涉技术测量了金属梁的微小位移量,计算得到金属梁的弹性模量和挠度.     

物面单反射镜波前分割三光束全息干涉计量研究

提出了一种用于分析物体三维位移场的全息干涉计量新方法。该方法将一个小平面反射镜贴于被测物体的表面，用三束呈空间分布的发散光波，在干版的三个不同区域或同一部位，记录被测物体的三个独立的双曝光干涉图。这些干涉图被由小平面反射镜运动造成的参考光虚点光源的位移所调制。基于对这种调制的理论分析，导出计算参考光虚点光源和被测物体三维位移的二个线性方程组。     

Measurement of the double layer capacitance of aluminium samples by holographic interferometry

In the present investigation, holographic interferometry was utilized for the first time to measure the double layer capacitance of aluminium samples during the initial stage of anodization processes in an aqueous solution without any physical contact. The anodization process (oxidation) of the aluminium samples was carried out chemically in different sulphuric acid concentrations (0.5–3.125% H₂S0₄) at room temperature. In the meantime, a method of holographic interferometry was used to measure the thickness of anodization (oxide film) of the aluminium samples in aqueous solutions. Along with the holographic measurement, a mathematical model was derived in order to correlate the double layer capacitance of the aluminium samples in solutions to the thickness of the oxide film of the aluminium samples which forms due to the chemical oxidation. The thickness of the oxide film of the aluminium samples was measured by real-time holographic interferometry. Consequently, holographic interferometry is found to be very useful for surface finish industries, especially for monitoring the early stage of anodization processes of metals, in which the thickness of the anodized film as well as the double layer capacitance of the aluminium samples can be determined in situ. In addition, a comparison was made between the obtained data of the double layer capacitance from the holographic measurements and the double layer capacitance data obtained from measurements of electrochemical impedance spectroscopy. The comparison indicates that there is good agreement between the data from both techniques.     

Movement measurement with a grating interferometer using sinusoidal phase-modulation

Movements of a surface profile are measured with a two-grating interferometer using sinusoidal phase-modulation. Since sinusoidal phase-modulating (SPM) interferometry can record a phase change due to the movement of an object in the interference signal, the SPM interferometer is suitable for measuring the movement of the object. Some experiments show that the two-grating interferometer can measure a sinusoidal vibration with amplitude of several tens of microns and a step movement with a magnitude of several microns.