[发明专利]一种可消除光场畸变的横向剪切数字全息方法

摘要

本发明公开了一种可根本消除各种光场畸变的横向剪切数字全息方法，采用三幅物面相互存在微小平移的数字全息图，通过波前差分来消除照明光和参考光引入的相位畸变，然后用横向剪切波前重构算法恢复待测物面三维数据。设计了一个反射式实验检测光路，光路中人为引进未知的波前畸变对本文算法进行了实验验证。结果表明在没有对物面和CCD记录面做严格方位校准，横向平移精度为0.01mm，平移量为0.02mm的条件下，本文方法相位与标准相位的均方根误差(RMSE)约为，分析了其误差来源。本文方法可用于超精密光学三维测量，有望减小光场畸变提高测量精度。

主权项

一种可消除光场畸变的横向剪切数字全息方法，其特征在于：采用三幅物面相互存在微小平移的全息图，通过波前差分来消除照明光和参考光引入的相位畸变，然后用横向剪切波前重构算法恢复待测物面三维数据，在相同的全息记录条件下，分别记录三幅物面存在相互垂直微小平移的数字全息图，然后通过滤波提取得到以下三个衍射光场式(5)中Δ是物面的微小平移量；然后将光场相除得到两个有关物表面的横向剪切光场，即式(6)中的相位不存在任何光场畸变，分别是物体表面沿x和y方向剪切后的差分波前，使用横向剪切波前重构算法可精确还原物表面的二维原始波前；通过数字全息原理构建数学模型进行详细分析，并给出了基于傅里叶展开的横向剪切波前重构算法,从式(6)得到的横向剪切光场中提取相位，并按CCD采样规格做离散化，得到待测物表面波前分别沿x和y方向的差分波前和即式(7)和(8)中m,n＝0,1,2,3ΛN‑1，其中s是横向剪切量，将作傅里叶展开得式(9)和(10)中p,q＝0,1,2,...N‑1；式(9)和(10)中傅里叶展开系数apq是待测物面wo(m,n)的傅里叶频谱，依据最小二乘法原理，可推导得式中是实际干涉测量得到的横向剪切差分波前，FTpq{·}表示二维离散傅里叶变换；最后对傅里叶频谱式(11)作傅里叶逆变换即可得到待测波前相位函数wo(m,n)；设计一个反射式实验检测光路，光路中人为引进未知的波前畸变对上述重构算法进行实验验证。