[发明专利]一种三幅随机移相干涉图的快速相位提取方法

说明书

本发明提供了一种三幅随机移相干涉图的快速相位提取方法，包括以下步骤：S1、采集三幅随机干涉图；S2、对采集到的随机干涉图进行两两相减运算；S3、对随机干涉图再进行一次相加或者相减运算；S4、将化简得到的椭圆公式进行归一化处理，进行超最小二乘椭圆拟合求解椭圆参数；S5、求解出相位。本发明的有益效果是：首先通过两步加减运算推导出椭圆参数公式，可以减弱甚至消除背景光强带来的影响，再利用超最小二乘椭圆拟合出椭圆参数，通过这些椭圆参数就可以直接计算出相位，不受干涉图中条纹限制，可以从三幅随机移相干涉图中高精度、快速提取相位。

技术领域

本发明涉及相位提取方法，尤其涉及一种三幅随机移相干涉图的快速相位提取方法。

背景技术

随着现代科技的快速发展，元器件集成度的提高，工业对零件检测精度要求也越来越高。微表面形貌测量技术按与被测面之间作用方式的不同可分为接触式测量技术和非接触式测量技术。接触式测量虽然具有较高的测量精度，但由于其会对检测样品表面造成损伤已经逐渐被工业界淘汰。基于各种原理的非接触表面形貌测量方法不断出现，在测量精度及测量速度上均有了较大的提高。非接触测量法中的光学测量法是最受青睐的一种测量方法之一。

在光学测量方法中，移相干涉测量具有着高精度、高重复性等优点被广泛应用在高精密光学测量领域，例如光学元件表面测量、晶圆表面测量等。移相干涉测量技术中最至关重要的步骤就是提取相位。传统的相位提取方法是在移相干涉中移相值已知的情况下才能有效求解相位。传统的相位提取算法有三步法、四步法、五步法等。但是在移相过程中，由于空气扰动、外界环境机械振动和移相器的非线性等问题，往往会带来不可避免的背景扰动和移相误差，导致了相位提取精度下降，从而降低了移相干涉测量精度。

为了解决随机移相的问题，很多学者提出了一些相位提取方法，主要包括迭代法和非迭代法两类。迭代法的典型代表是高级迭代法(AIA)，非迭代法主要包括主成分分析法(PCA)、施密特正交化法(GS)、傅里叶变换法(FT)等。AIA可以高精度提取相位，但需要消耗大量时间进行迭代，因此不适用于快速测量。各种PCA和GS在处理过程中进行了近似，在干涉图中条纹数较少的情况下精度会急剧下降。FT在相位提取过程中对噪声非常敏感。

虽然在人们提出的移相干涉相位提取方法中可以在干涉条纹较多情况下提取出相位，但这些方法都各自存在不足，无法满足快速、高精度度从随机移相干涉图中精确提取相位。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种三幅随机移相干涉图的快速相位提取方法。

本发明提供了一种三幅随机移相干涉图的快速相位提取方法，包括以下步骤：

S1、采集三幅随机干涉图；

S2、对采集到的随机干涉图进行两两相减运算；

S3、对随机干涉图再进行一次相加或者相减运算；

S4、将化简得到的椭圆公式进行归一化处理，进行超最小二乘椭圆拟合求解椭圆参数；

S5、求解出相位。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，三幅随机移相干涉图的光强分布表示为：

I₀＝a₀(x,y)+b₀(x,y)cos(φ(x,y)+δ₀)

I₁＝a₁(x,y)+b₁(x,y)cos(φ(x,y)+δ₁)

I₂＝a₂(x,y)+b₂(x,y)cos(φ(x,y)+δ₂)