的是四步移相法，得到水平方向的压包相位Wx (X，y)和垂直方向的压包相位 Wy (x，y)，二者分别如图2a与图2b所示。
[0044] 结合图3a、图3b，条纹反射测量装置中的显示器投射一幅具有四种灰度的标准正 交条纹图g (X，y)，四种灰度依次增大，本例中，设显示器的灰度取值范围在〇~1. 〇之间，则 设置第一灰度gl = 〇,第二灰度g2 = 0. 33,第三灰度g3 = 0.67,第四灰度g4 = 1.0。按 照以下编码方式生成标准正交条纹图g(x，y):
[0046] 其中int表示向下取整数运算，fx为水平方向的空间频率，fy为垂直方向的空间 频率，二者经过归一化取值，均为1/2。
[0047] 结合图3a、图3b及图4a、图4b，用条纹反射测量装置中的相机拍摄被平面反射镜 反射所形成的反射正交条纹图h (X，y)，如图3b所示；按照以下公式提取相位解包操作所需 的水平方向相位整数信息Ιχ(χ, y, fx)和垂直方向相位整数信息Iy(x, y, fy):
[0050] 其中第一阈值thr 1、第二阈值thr2和第三阈值thr3在本例中的取值分别为 0. 17、0. 5和0. 83。得到的水平方向的相位整数信息Ix(x, y, fx)和垂直方向的相位整数信 息Iy (X, y, fy)如图4a、图4b所示。
[0051] 结合图5a-图5山按照任意一种通用的时域相位解包的频率变更法则（线性增长 法则、指数增长法则、逆指数增长法则等）改变标准正交条纹图的水平方向的空间频率fx 和垂直方向的空间频率fy，本例中采用的是指数增长法则，共有四幅不同空间频率的标准 正交条纹图，如图5a_图5d所示。其中，空间频率最高的是图5d标准正交条纹图，其水平方 向的空间频率fx必须等于步骤一中所使用的水平方向标准正弦条纹图空间频率的一半， 本例中为1/32 ;垂直方向的空间频率fy也应等于步骤一中所使用的垂直方向标准正弦条 纹图空间频率的一半，本例中也等于1/32。依次投射这些标准正交条纹图并重复步骤步骤 (6)与步骤(7)，可得到不同空间频率下的水平方向相位整数信息Ix(x，y，fx)和垂直方向相 位整数信息Iy (X，y, fy)。
[0052] 结合图6a-图6b，根据不同空间频率的水平方向相位整数信息和垂直方向相位整 数信息，按照以下加权求和公式进行相位解包操作：
[0053] Ux (x, y) = Wx (x, y) + Σ Ix (x, y, fx) · 21/fx
[0054] Uy(x, y) = Wy (x, y) + Σ Iy (χ, y, fy) · 21/fx；
[0055] 其中求和运算符号Σ用于针对不同的水平方向的空间频率fx或垂直方向的空间 频率fy进行加权求和运算。最终得到水平方向的解包相位Ux (X，y)和垂直方向的解包相 位Uy (X，y)，如图6a_图6b所示。
【主权项】
1. 一种在条纹反射测量装置中快速获取解包相位的方法，其特征在于，步骤如下： 步骤⑴.在条纹反射测量装置中，用显示器投射标准正弦条纹图；包括水平方向的标 准正弦条纹图和垂直方向的标准正弦条纹图； 步骤⑵.步骤⑴中的标准正弦条纹图经过镜面反射样品的反射后，成为反射正弦条纹 图； 步骤(3).用相机拍摄步骤(2)得到的反射正弦条纹图； 步骤⑷.对步骤⑶拍摄的反射正弦条纹图，按照条纹相位恢复方法操作，得到需要进 行相位解包操作的水平方向的压包相位Wx (X，y)和垂直方向的压包相位Wy (X，y)，其中X为 横向坐标，y为纵向坐标； 步骤(5).令条纹反射测量装置中的显示器投射一幅标准正交条纹图，该图中存在四种 从低到高依次增大的灰度，分别为第一灰度gl、第二灰度g2、第三灰度g3、第四灰度g4 ; 该标准正交条纹图g(x，y)的编码方式为：其中int表示向下取整数运算，fX为水平方向的空间频率，fy为垂直方向的空间频率， 二者经过归一化取值，均为1/2 ; 步骤(6).用条纹反射测量装置中的相机拍摄步骤（5)的标准正交条纹图被镜面反射样 品反射所形成的反射正交条纹图h(x，y); 步骤(7).按照以下公式提取相位解包操作所需的水平方向相位整数信息Ix(x，y，fx) 和垂直方向相位整数信息Iy(x, y, fy): r .. ?..... r \ ... 其中第一阈值thrl、第二阈值thr2和第三阈值thr3的取值分别为：步骤⑶.按照任意一种通用的相位解包操作所需的条纹图频率变更法则，改变标准正 交条纹图的水平方向的空间频率fx和垂直方向的空间频率fy，并执行步骤(5)，得到多幅标 准正交条纹图，其中，空间频率最高的一幅标准正交条纹图，其水平方向的空间频率fx必 须等于步骤⑴中所使用的水平方向标准正弦条纹图空间频率的一半，垂直方向的空间频率 fy也等于步骤⑴中所使用的垂直方向标准正弦条纹图空间频率的一半； 步骤(9).依次投射步骤⑶得到的标准正交条纹图，并重复步骤步骤(6)与步骤(7); 得到不同空间频率下的水平方向相位整数信息Ix(x，y，fx)和垂直方向相位整数信息 Iy (x, y, fy)； 步骤(1Φ .根据不同空间频率的水平方向相位整数信息和垂直方向相位整数信息，按照 以下加权求和公式进行相位解包操作：最终得到水平方向的解包相位Ux (X，y)和垂直方向的解包相位Uy (X，y)，其中求和运 算符号Σ用于针对不同的水平方向的空间频率fx或垂直方向的空间频率fy进行加权求 和运算。 更优化和更具体地说， 本发明步骤⑵所述的镜面反射样品，包括玻璃镜面、抛光金属物件、光滑塑料零件等； 本发明步骤⑷所述的条纹相位恢复方法，可以采用现有技术中任意一种通用的条纹相 位恢复方法，例如：二步移相法、四步移相法、傅里叶变换法等。 本发明步骤(5)所述的第一灰度gl、第二灰度g2、第三灰度g3、第四灰度g4的取值，理论 上只要满足从低到高依次增大即可，但一般取gl = 〇, g2 = 0. 33, g3 = 0. 67, g4 = 1.0 为 宜，这里假设数值〇和I. 〇分别为显示器的最低灰度和最高灰度。2. 根据权利要求1所述的在条纹反射测量装置中快速获取解包相位的方法，其特征在 于，步骤⑵所述的镜面反射样品，包括玻璃镜面、抛光金属物件或光滑塑料零件。3. 根据权利要求1所述的在条纹反射测量装置中快速获取解包相位的方法，其特征在 于，步骤⑷所述的条纹相位恢复方法，选自以下条纹相位恢复方法：三步移相法、四步移相 法或傅里叶变换法。4. 根据权利要求1所述的在条纹反射测量装置中快速获取解包相位的方法，其特征在 于，步骤(5)所述的第一灰度gl、第二灰度g2、第三灰度g3、第四灰度g4的取值为，gl = 0， g2 = 0. 33, g3 = 0. 67, g4 = 1. 0,这里假设数值0和I. 0分别为显示器的最低灰度和最高 灰度。5. 根据权利要求1-4之一所述的在条纹反射测量装置中快速获取解包相位的方法，其 特征在于，步骤⑶所述的条纹图频率变更法则：线性增长法则、指数增长法则或逆指数增长 法则。
【专利摘要】在条纹反射测量装置中快速获取解包相位的方法：⑴.显示标准正弦条纹图；⑵.经镜面反射样品的反射后成为反射正弦条纹图；⑶.拍摄反射正弦条纹图；⑷.按照相位恢复方法得到压包相位；⑸.令显示器投射一幅经过编码得到的具有四种灰度的标准正交条纹图；⑹.用相机拍摄镜面反射样品反射所形成的反射正交条纹图；⑺.提取相位解包操作所需的水平方向和垂直方向相位整数信息；⑻.改变空间频率得到多幅标准正交条纹图；⑼.依次投射标准正交条纹图，并重复步骤步骤⑹与步骤⑺，得到不同空间频率下的相位整数信息；⑽.进行相位解包操作得到解包相位。本发明计算速度快、准确、抗噪声性能好；大幅提高了测量效率。
【IPC分类】G01B11/25
【公开号】CN105180835
【申请号】CN201510237635
【发明人】李博, 徐秋云, 翟洋
【申请人】中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年5月11日