[发明专利]基于圆条纹径向空间载波相移的三维实时显微测量方法

摘要

本发明公开了一种基于圆条纹径向空间载波相移的三维实时显微测量方法。此方法的系统基于体式显微镜，投影模块通过显微镜光路向被测物体投影圆形条纹，相机同步拍摄变形条纹图。本方法将采集得到的一幅变形图像经数字相移得到的另外两幅相移图像，与原始图像构成新的三幅具有相移量的变形条纹图，并经过径向空间载波相移算法获得物体相位。与传统的载波相移法相比，该方法具有较低的相位误差和较高的精度。最后将其运用到实时显微测量中，提高了测量精度和测量速度。

主权项

1.一种基于圆条纹径向空间载波相移的三维实时显微测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、生成整圆条纹，取其右下角部分条纹称为圆条纹，将圆条纹投影到待测物体上产生变形条纹，其光强I(x,y)表达式为：I(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[φ(x,y)]   (1)其中，a(x,y)为背景光强，b(x,y)为调制度，(x,y)为相机的像素坐标，φ(x,y)为相位分布；连续采集投影在物体上的变形条纹，同时处理成一帧帧的图像；取其中一帧图像作为原始图像，原始图像记为I₂(x,y)，通过像素移动将I₂(x,y)沿圆心方向进行径向相移，产生相移量；将条纹向接近圆心的方向移动一个像素定义为将I₂(x,y)先向左移动一个像素再向上移动一个像素，得到的光强图记为I₁(x,y)；将条纹向远离圆心方向移动一个像素定义为将原始图像先向右移动一个像素再向下移动一个像素，得到的光强图记为I₃(x,y)；这样即获得新的三幅具有相移量的光强图，光强表达式为：其中，δ_x(x,y)和δ_y(x,y)为I₁(x,y)和I₃(x,y)在x、y方向的相对相移量，Φ(x,y)为载波相位，Φ(x,y)＝2π·f·r，f为条纹频率，r为极坐标半径，a_k(x,y)为第k幅光强图的背景光强，b_k(x,y)为第k幅光强图的调制度，k＝1、2、3，I(x‑1,y‑1)表示原始图像向左移一个像素，再上移一个像素，I(x+1,y+1)表示原始图像向右一个像素，再下移一个像素；步骤二、利用径向空间载波相移算法求得每一帧图像的相位分布,具体方法如下：根据傅里叶变换方法和欧拉公式，式(2)表示为I_k(x,y)＝a(x,y)+c_k(x,y)+c_k(x,y)*其中，I_k(x,y)表示第k幅光强图，c_k(x,y)*表示c_k(x,y)的复共轭，c_k(x,y)为待测物体的复振幅分布，c_k(x,y)表示为：其中，i为单位虚数，φ_k(x,y)为第k幅光强图的相位分布；取第一和第三幅光强图分别进行傅里叶变换，再利用一个低通滤波器，得到+1阶频谱，并将频谱移到中心；然后进行逆傅里叶变换，并对c₁(x,y)和c₃(x,y)直接进行减法运算；根据欧拉公式，得到两式相除后得到其中，[φ₁(x,y)+φ₃(x,y)]_w为φ₁(x,y)+φ₃(x,y)的包裹相位，w为包裹算子；[φ₂(x,y)]_w即为得到原始图像的相位分布，即为它的包裹相位；在解得包裹相位后，利用相位展开算法即获得连续相位；步骤三、根据步骤二的获得的连续相位，以及标定高度与相位的映射关系，通过设定多个已知高度与此高度上对应的相位差即解得标定参数，从而得到物体的三维轮廓信息。