多图像传感器相移干涉测量中的位置匹配方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光学干设测量W及数字全息测量领域，具体而言，设及相移干设测量 系统中多个图像传感器相对位置的匹配方法。
【背景技术】
[0002] 相移干设测量术(PhaseShiftingInterferometry,PSI)是一种通过光电图像传 感器如CCD等记录相移量变化的一系列相移干设数字图像，经过一定的相移相位恢复算法 恢复出物体相位分布，从而实现相应物理量测量的高精度干设测量方法。由于在测量中对 被测物体非接触、无损伤、高分辨率、高精度等优点，现广泛应用于光学表面测量、Ξ维形貌 测量、形变测量及数字全息等领域。
[0003] 传统时域相移干设测量术由于需要在不同的时间点采集一系列时域相移干设图， 无法实现对物体相位的动态测量。空间相移干设术测量术在不同的空间使用多个图像传感 器或在一个图像传感器上划分为多块区域，同时采集不同相移量的干设图，可W很好的解 决传统时域相移干设测量术无法实现动态测量的问题。但是在运种方法中，多个图像传感 器之间的位置匹配是该技术需要解决的关键技术问题之一。最近几年，一些直接利用干设 条纹图解决图像传感器位置匹配的方法相继提出，运些方法主要存在W下3方面缺点：1.由 于依靠干设图灰度值进行匹配，每个图像传感器的响应特性不完全一致或者接收到的光强 不均匀时均容易引起误差;2.干设条纹中的噪声会影响匹配精度;3.在相关系数差异小的 时候容易造成计算结果不一样致使该方法的稳定性和精度都不高。
[0004] 为了克服上述技术的不足，本发明提供一种可W抑制光强和噪声影响，具有高稳 定性和高精度特点的图像传感器位置匹配方法，有效地解决上述空间相移干设测量术中的 图像传感器位置匹配的技术问题。
【发明内容】
[0005] 在实际测量工作中，难W保证到达图像传感器祀面的光强均匀分布，在不同的图 像传感器之间，更难达到运个要求；同时物体及光学元件也会在干设图的背景函数和振幅 函数中带来加性和乘性随机噪声，运些因素都会影响依靠干设图灰度值来匹配位置的方法 的稳定性和可靠性。因此，需要采取措施消除或抑制背景函数、振幅函数及噪声对匹配精度 的影响。本发明采用相移技术分别提取出各个图像传感器所得到的物体相位，有效消除或 抑制了背景函数、振幅函数及噪声对位置匹配精度的影响。基于W上思路，本发明通过如下 技术方案来实现：
[0006] -种干设测量中多图像传感器相对位置的匹配方法，包含如下步骤：
[0007] 步骤一:搭建多通道空间相移干设测量系统，在所述空间相移干设测量系统的干 设光路中加入具有特征相位分布的物体；
[000引步骤二:在每个通道采集一系列传统时域相移干设图；使用相位恢复算法，从各通 道采集到的时域相移干设图中恢复出各通道图像传感器上的物体相位；
[0009] 步骤Ξ:在各通道中恢复出的相位分布图中确定特征相位所对应的坐标；
[0010] 步骤四包含特征相位的区域为计算区域，利用最小均方根误差匹配方法来确 定两个图像传感器相对位置的匹配。
[0011] 具体地，步骤一所述多通道空间相移干设测量系统为双通道空间相移干设测量系 统；
[0012] 具体地，步骤一所述具有特征相位分布的相位物体是具有最大值或者最小值的相 位物体。
[0013] 具体地，步骤二所述时域相移干设图为四步相移干设图，其相移间隔为V2,所述 相位恢复算法为四步相移算法。
[0014] 具体地，步骤四所述利用最小的均方根误差匹配方法来确定两个图像传感器相对 位置的匹配方法包括:从第一个通道计算出来的相位分布图中，确定一个包含最大值或最 小值坐标的区域为参考面，从其他通道计算出来的相位分布图中确定另一个同样大小且包 含最大值或最小值的区域作为匹配面，移动匹配面，使两个区域的相位差值的均方根误差 最小时，即完成相对位置的匹配，此时的移动量即为图像传感器之间的失配量。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
[0016] 1、本发明中使用相移技术来消除光强分布不均匀、振幅函数不一致W及光学元件 固定噪声造成的误差，降低测量结果对光强和噪声误差的敏感性。
[0017] 2、本发明结合相移技术和最小的均方根误差匹配方法，对计算区域不敏感，具有 很好的稳定性和适用性，同时进一步降低相位噪声造成的影响，使匹配结果更加精确。
【附图说明】
[0018] 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，W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W根据运 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。
[0019] 图1为本发明实施例中所提供的双通道干设测量系统示意图；
[0020] 图2为本发明实施例中双通道图像传感器CCD1采集的4幅时域相移干设图；
[0021] 图3为本发明实施例中双通道图像传感器CCD2采集的4幅时域相移干设图；
[0022] 图4为本发明实施例中双通道图像传感器CCD1采集的4幅时域相移干设图计算出 的参考相位；
[0023] 图5为本发明实施例中未经过本方法匹配计算出的相位分布；
[0024] 图6为本发明实施例中经过本方法匹配计算出的相位分布；
[0025] 其中，附图中标记具体为：
[00%]He-化激光器1、可变中密度衰减器2、半波片3、显微物镜4、针孔滤波器5、准直透镜 6、偏振分光棱镜7、平面反射镜8、透镜9、平面反射镜10、分光棱镜11、四分之一波片12、分光 棱镜13、偏振片14、偏振片15、图像传感器16、图像传感器17。
【具体实施方式】
[0027]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 的描述，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各种不同的配置来布置和设计。因 此，W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。
[002引第一实施例
[0029] 本实施例中，按照图1所示，搭建双通道空间相移干设系统，采用马赫曾德干设光 路，从化-化激光器1发出的线偏振光依次经过可变中密度衰减器2、用于调整偏振方向的半 波片3、用于扩束的显微物镜4、用于滤波的针孔滤波器5、准直透镜6