一幅空间载频的干涉图转换为若干子相移干涉图，将相移 技术从时域转化到空域应用，继承了相移法精度高特点的同时，又避免了传统相移法测量 中需要采用相移装置多次相移的缺点。
[0023] (5)相对双波长空域载频傅里叶变换方法而言，本发明方法可以避免滤波窗口以 及噪声对测量精度的影响。
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对 范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加 清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘 制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0025] 图1为本发明方法采用的基于空间载频相移技术的双波长单次曝光干涉测量系 统示意图。
[0026] 图2为本发明方法将包含空间载频的一幅干涉图转化成四幅时域相移子干涉图 的示意图。
[0027] 图3为本发明方法利用图1所示系统采集的一幅双波长载频干涉图。
[0028] 图4为利用本发明方法从一幅双波长混叠离轴干涉图中同时提取出的两个波长 下的包裹相位分布图。
[0029] 图5为利用本发明方法恢复出的合成波长下的螺旋相位板的相位分布图。
[0030] 其中，附图中标记具体为：
[0031] 1为半导体栗浦固体激光器；2为He-Ne激光器；3-4为可变中心密度衰减片；5-9 为分束镜；10-12为平面反射镜；13为第一显微物镜；14为第二显微物镜；15为第三显微物 镜；16为单色黑白图像传感器；17为样品；18为计算机。
【具体实施方式】
[0032] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在 此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因 此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的 范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做 出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 第一实施例
[0034] 本实施例将结合附图和实施例对本发明所述的基于空间载频相移技术的单次曝 光双波长干涉测量系统作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0035] 如图1所示，该系统包括：一台波长为532nm的半导体栗浦固体激光器1和一台波 长为632. 8nm的He-Ne激光器2 ;两束激光分别通过分束镜5和分束镜6后，各自分成两束 光线，一束参考光，一束物光。经过平面反射镜12和分束镜7的调节，使两种波长下的物光 共路传播，然后经过被测样品17后与经过平面反射镜10和11反射的两个波长的参考光分 别在分束镜9和分束镜8出发生干涉，调节平面反射镜10和11，使得两个波长各自的干涉 条纹图分别与图像传感器16靶面横向像素方向成正负45度角；在样品17与分束镜8之间 加入第一显微物镜13对物体放大成像，在平面反射镜11与分束镜8和平面反射镜10与分 束镜9之间分别加入第二、第三显微物镜14、15,以便消除第一显微物镜带来的二次相位畸 变，形成直条纹。通过倾斜平面反射镜10和11，在两个波长的干涉图中分别引入空间载频， 另外调节它们还可以调节两个波长下的干涉条纹的方向。两个波长下的光束分别发生干涉 后通过光强叠加，正交地汇合在单色黑白图像传感器16靶面形成双波长混叠离轴干涉图。 其中，系统中分束镜5-9是五个参数一样的分束镜；三个显微镜的放大倍率为10,数值孔径 为0. 4。本实施例中样品17采用RPC photonics公司生产的VPP-Ic型螺旋相位板。
[0036] 第二实施例
[0037] 本实施例将结合附图和实施例对本发明所述的基于空间载频相移技术的单次曝 光双波长干涉测量方法作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0038] 步骤一、采集包含空间载频的双波长混叠离轴干涉图：
[0039] 光路系统搭建好后，用电脑驱动单色黑白图像传感器采集一幅双波长混叠离轴干 涉图，如图3所示，其中像素点（x，y)上携带线性载频信息的干涉信号强度可以表示为：
[0040]
[0041] 其中，（X，y)表示靶面上像素点的位置，取值范围分别为1彡X彡X和1彡y彡Y， X和Y分别是双波长载频干涉条纹图的行数和列数；1 = 1，2表示波长次序；A(x，y)表示两 个波长的干涉背景项之和，S,.. (L.V)表示波长A1下干涉条纹的调制振幅项；《%和武,分别 表示波长A1Tx和y方向上的空间载频量，φλ,(.τ，.ν)表示物体在波长A1下的相位值。
[0042] 步骤二、将包含空间载频的一幅双波长混叠离轴干涉图转换为N幅子相移干涉 图：
[0043] 通过水平或者垂直方向上以一个像素为步长移动截取区域，从原始干涉图中获得 N幅像素数为（X - R) X (Υ - C)的具有相移的双波长空域载频子干涉图，R和C分别是截取 每一幅相移子干涉图时从原干涉图中裁剪掉的行数和列数。操作过程示意图如图2所示： 在图2中，假设原始的干涉图大小为5X5像素，截取区域I 22I23I32I33为子干涉图I i，如图2 中实线方框所示，然后沿X方向，将截取区域右移一个像素，截取I23I24I 33I34为子干涉图12， 如图2中实线如图中虚线方框所示，然后沿Y方向分别移动一个像素，截取区域I 32I33I42I43 为子干涉图I3，截取区域I33I34I43I 44为子干涉图14。以此类推，可以将原始一幅包含了空间 载频的离轴双波长干涉图转化成N幅子相移干涉图，其中第η幅相移子干涉图表示为
[0045] 式中（X'，y')是子相移干涉图中的像素位置，第η幅子相移干涉图与原双波 长空域载频干涉图中像素位置之间的关系分别为X' = χ-r和y' = y-c，取值范围分别为 1彡W彡X-R和1彡太彡Y-C ;c和r分别是获得第η幅子相移干涉图时截取区域从原干 涉图起始位置向X方向和y方向移动c个像素和r个像素，取值范围分别为0 < r < R和
是包括待测量相位和载频相位的简化表示； A,,是第η幅相移干涉图对应于波长λ啲相移量，可以表示为
[0047] 其中n = (c+l)+r(C+l)是相移干涉图的序列；截取出的子相移干涉图总数量为N =(r+l)(c+l)。由于在下面的推导中不再会产生混淆，后面相移子干涉图的像素位置仍然 用（X，y)表示。
[0048] 步骤三、随机设定相移量确定随机初始包裹相位：
[0049] 像传统的时域相移算法一样（《Advanced iterative algorithm for phase ext raction of randomly phase-shifted interferograms)) Optics Letters. 29, 1671-1673 (2004))，分别设定两个波长下的初始随机相移量，它们 之间需满足关系式4,,Λ ,将公式（2)展开写成：
[0050]
[0052] 为了计算出相位分布，需要使所有干涉图相同像素点位置的光强误差平方和最 小，所述误差平方和可以表示为
[0054] 其中，F(X，y)是实验所测得的干涉图强度，N表示干涉图数量，根据最小二乘原 理，要使得式（5)达到最小，则有：
[0056] 将式（5)展开写成矩阵的形式可以得（空间坐标（X，y)省去以便表达式简洁）：
[0062] 式中
T表示矩阵的转 置。由式（7)可解得两个波长下附带有载频信息的随机初始包裹相位：
[0064] 步骤四、根据随机初始包裹相位确定准精确相移量：
[0065] 在传统相移算法中，如果相移量知道，相位分布也可以被计算出来，反之亦然，我 们通过以上步骤中求得的随机初始包裹相位来进一步计算精确相移量。在此假设同一幅 干涉图上的背景和调制度在