专利名称：用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法
技术领域：
本发明涉及一种用于散斑干涉的实时相移方法，属于光电检测领域。
背景技术：
散斑干涉测量技术(ESPI)近二十年来已成为变形场测量的重要方法。散斑干涉术是在全息干涉术基础上发展起来的测量位移和位移导数的一种新的测量方法，由于它具有可以全场测量、光路简单、调节方便、对环境要求低等特点，因此被广泛用于各类干涉测量中。传统的散斑干涉法，通常以干涉条纹图的方式给出测量结果，由于受到散斑噪声的影响，其信噪比很差，为定量的给出测量结果，常常需要进行复杂的人工处理，比如确定条纹中心线，为条纹定级等工作。相移法的引入，大大提高了散斑干涉的工作效率，极大的促进的散斑干涉方法的实用化。该方法通过在检测过程中采集多幅具有相对相移量的散斑条纹图，并使用相应的相移算法直接解调出位相。虽然相移法的引入，大大简化了散斑干涉的定量分析，并提高了该方法的测量精度以及所获得结果的信噪比，但是，由于相移法在操作过程中，对于每一次测量至少需要提取三幅以上的条纹图，再加上相移器本身的机械运动的时间限制，引入相移法的散斑干涉很难做到实时性，这就大大降低了该方法实际应用的有效性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于高信噪比散斑干涉的快速相移解算方法，该方法既能保持传统相移法的优点，又能实时的计算和显示散斑干涉的位相。为达到上述目的，本发明提出一种用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法，采用的特征技术方案如下
1、在初始时亥Ij，对被测物体采集四幅散斑图，它们依次间隔有开/2相移量，将这四幅散斑相移图保存下来；
2、在测量过程中，不断产生间隔？r/2相移量，并实时采集被测物体的散斑 3、把当前时刻采集到的散斑图与最近时刻采集的三幅散斑图和初始时刻保存的四幅散斑图像分别相减，得到四幅当前时刻的散斑相移条纹 4、为提高之后求解位相的信噪比，使用一种快速均值滤波算法对步骤3中得到的四幅散斑相移条纹图进行滤波。5、用四步相移法对步骤4得到的散斑相移条纹图进行解调获得位相结果；
6、在测量过程中不断重复步骤2到步骤5的过程，即可实现高信噪比的实时位相检测。具体处理方法如图I所示包含以下步骤 I、初始时刻，对被测物体采集四幅散斑图，依次间隔有 Γ/2相移量，它们分别如下表
示
权利要求
1.一种用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法，其特征在于操作步骤包括 1)在初始时亥Ij，对被测物体采集四幅散斑图，它们依次间隔有T/2相移量，将这四幅散斑相移图保存下来； 2)在测量过程中，利用压电相移器以给定的频率持续间隔I/2相移量，并实时采集被测物体宰相以后的当前散斑图； 3)把当前时刻采集到的散斑图与最近时刻采集的三幅散斑图和初始时刻保存的四幅散斑相移图作算术运算，计算当前时刻的散斑相移条纹图； 4)为提高求解位相的信噪比，使用一种快速均值滤波算法对步骤(3)中得到的四幅散斑相移条纹图进行滤波； 5)用四步相移法对步骤(4)得到的散斑相移条纹图进行解调获得位相结果； 6)在测量过程中不断重复步骤(2)到步骤(5)的过程，即可实现实时位相检测。
2.根据权利要求I所述的用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法，其特征在于所述步骤I)在初始时刻，对被测物体采集四幅散斑图，依次间隔有I/2相移量，它们分别如下表示 ft (rj) = · (U) + Mx’>’)xcos[4 (U)] I1 (x,Jj = a(x,j) + i(r,j)xcos β{χ,γ) + Μ/ ]/3 =+(x,^) + ^]/i ) - a {x,y j + * (r, j j x cos [逄(rj j + 3# / 2] 其中，(w)是图像的空间坐标，Mwh ClU,3是初始时刻采集到的四幅散斑图像，它们依次有π/2相移量, ，/) , 分别表示背景和幅值，_ (U)是初始时刻的散斑位相，其通常是随机散斑噪声。
3.根据权利要求I所述的用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法，其特征在于所述步骤2)在测量过程中，相移器发出以2 Γ为周期、依次间隔为λ·/ 2的相移量，并同步采集被测物体的散斑图像，当前时刻采集的第ft幅散斑图，存储为 g,(U) = i (xj) + i(rj)xcos[纯(x,j) + A-(xj,,ic) + ; x；57 2], /- = mod(it,4) 其中，表示当前时刻相对于起始时刻的位相变化(该位相也就是所要检测目标量，与物体变形相对应)，mod (it,4)表示Jfc除以4所得的余数；由于mod(fc，4)的取值范围为O,I, 2，3，所以在测量过程中，始终只存储4 了幅散斑图&(U) , & (^) , S(U)，Sj j)；在测量过程中，如果采集图像的速度远大于物体变形的速度，则可认为所采集到的4幅散斑图之间，由物体变形所引起的位相变化是相同的 Αφ(χ,γ,k) ~ A4{x,y,k-\) kfp{xj,k- 2) ~ Αφ χ,γ,k-3) 由此，可将变形过程中记录下的4幅散斑图表示为a ( y) = β(-T, y) + *( y) X cos[￠1 ( Λ； >’) + Αφ (j, λ)] S ( y) = dr(i,y) + ij(j,y)xcos β (rhy) + Αφ(x，j,A)+ π 2] Es ( y) = s(^, j) + ^(x,y)xcos 5 (λ;y) + ( A) + ] 。 g, (x, j) = a ( , y) + (x, y) X cos [￠1 {x,y)+A,f{x,y,k)+ 3ff/2]
4.根据权利要求I所述的用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法，其特征在于所述步骤3)是通过所采集到的初始时刻的4幅相移图对 0，U，3，以及测量过程中存储的4幅相移图 tU2;3，可以计算出当前时刻与初始时刻之间由物体变形所引起的位相差 , ,、Im (X，ν) Δ^ χ, y,*) = tan ^-—— · Re(w) 其中， Inx (X,/) = (g, (λ,7) - g! (U)) (/a!>./)) _ (Si (、J) _(/1(^.7)-Ji (U))Re(U) = (g (x,y)-g, (y))(/。(^/)-/j(.T,j)5+(g, (^/)-a￠^/))(/,。
5.根据权利要求I所述的用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法，其特征在于所述步骤4)为提高求解位相的信噪比，使用一种快速均值滤波算法对步骤3)中得到的和Re(rj)进行快速平均滤波，滤波结果如下表示Ijn (Xs/) = F|lm(jr,j)JRe(u) = FfRe (x,/)J 其中}表示快速均值滤波运算，该快速算法的特点在于，算法执行的时间与滤波窗口况X的尺寸无关。
6.根据权利要求I所述的用于高信噪比散斑干涉的实时相移方法，其特征在于所述步骤5)最终得到的位相结果为 f . , Im f f Itan ——^ Re(jr,，) 以上新的相移算法，只需采集I幅当前时刻的图像并联合之前采集的3幅图像就能求解出位相变化，相比于通常的相移算法，大大提高了位相的解算效率，使得每秒钟可以显示5-10帧位相图像，达到了实时相移的目的。
全文摘要
本发明涉及一种高信噪比电子散斑干涉的实时相移方法。本方法利用压电相移器产生多步相移，摄像机同步采集多幅相移散斑图像，通过特殊的图像采集序列设计和快速算法，计算散斑干涉条纹的位相图，这些相移条纹图中包含了当前时刻代表物体变形的位相信息，可以通过位相解调出来。该方法通过特殊的图像采集序列设计和快速运算，以图像采集速率为20帧/秒的相机为例，可以在100-150毫秒内完成从原始图像采集到相移图像的计算和显示，大大提高了位相计算的速度，与传统的散斑干涉相移方法比较，该方法更能够抑制散斑噪声、显著提高图像对比度，实现实时的位相提取。
文档编号G01B11/16GK102645174SQ20121008692
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者张东升, 李凯 申请人:上海大学, 上海麦田富润科技有限公司