[发明专利]一种基于差分的两步相移相位测量方法

说明书

本发明提供一种基于差分的两步相移相位测量方法，通过利用两幅随机相移干涉图其中一幅高斯滤波后的干涉图，结合两幅随机相移干涉图相减后得到的差分干涉图，进行归一化正交后，利用丽萨茹椭圆拟合的方法求解出待测量的相位分布。相比于需要提前滤波的两步相移算法，本发明通过相减差分的操作仅需进行一次滤波，减少了滤波窗口等带来的对精度的影响，进一步减少了两步相移相位测量方法滤波带来的误差；相比于需要正交归一化的方法，本发明结合丽萨茹椭圆拟合的方法减少了正交归一化方法需要近似条件的限制。实验和仿真结果证明该方法是一种高精度、高稳定性、抗噪性较好、实用性强、限制条件少的两步随机相移相位测量方法。

技术领域

本发明涉及相位测量方法领域，具体涉及一种基于差分的两步相移相位测量方法。

背景技术

相移干涉术常用于在定量相位成像、流体测量、细胞检测等领域中的相位信息提取，具有快速、高精度、无损、无接触等优势。但其常常需要借助于相移工具或手段来获取三幅以上的相移干涉图来实现相位的高精度提取，因此，这类方法常常受限于相移量的精度和相移器件的精度，且由于采图耗时，难以用于实现快速高精度的动态相位提取。利用载频的单幅干涉图可以实现对相位的动态提取，但是其缺少了对空间带宽积的利用，且精度不高。基于深度学习的端对端相位恢复方法，受限于深度学习自身泛化能力的问题，也难以实现对大量不同样品的高精度测量。

两步相移解调算法相比于多步相移算法具有更低的采样时间，适合用于实现快速、高精度的动态相位提取，其与双通道相移干涉系统相结合可实现动态相位测量。已报道的两步相位解调算法中，其解调的思路往往是通过预处理进行滤波或者是对干涉图进行归一化处理。大多数的算法都需要通过高通滤波的方法去除干涉图中的背景强度。对相移干涉图进行高通滤波的操作，会由于干涉图条纹分布不均、干涉图背景强度分布不均、高通滤波不能完全的滤除干涉图背景等因素带来对测量精度的不良影响。对于借助归一化处理的两步相移算法，其由于需要借助近似条件，因此其精度会受限于条纹形状和数量的限制，这在一定程序上影响了两步相移算法的应用。近期，也有很多混合技术在融合各种概念的基础上应运而生，这些方法为两幅干涉图的相位提取提供了有效手段，但是这之中的方法或存在精度受条纹形状或数量的限制问题。

发明内容

基于此，为了降低干涉图的采集时间，结合两步相移干涉系统提供一种快速和高精度的任意相移量下的相位测量方法，即一种基于差分的两步相移相位测量方法(TOPS)。

一种基于差分的两步相移相位测量方法，通过利用两幅随机相移干涉图其中一幅高斯滤波后的干涉图，结合两幅随机相移干涉图相减后得到的差分干涉图，进行归一化正交后，利用丽萨茹椭圆拟合的方法求解出待测量的相位分布。

具体包括以下步骤：

S1将通过相移干涉术获得的干涉图强度分布描述为一个K维列向量I_n,k，即I_n,k表示通过相移干涉术获得的第n幅干涉图、第k个像素的干涉图强度，其中，n(n＝1,2)表示这一系列干涉图的序号，k(k＝1,2,...,K)表示像素位置，K是干涉图的总像素数；

S2将第1幅干涉图利用高斯滤波的方法去除背景后，其干涉图强度为

将两幅干涉图进行相减得到一幅差分干涉图，差分干涉图强度为

S3利用归一化正交对向量进行归一化正交，分别得到正交量S_add和S_sub；

S4利用丽萨茹椭圆拟合的方法对正交量S_add和S_sub进行拟合求解，得到待测量的相位分布φ_k。

进一步的，S1具体为：

将通过相移干涉术获得的干涉图强度分布描述为一个K维列向量，即：