一种主被动结合的移相干涉波面测量方法

摘要

本发明为一种主被动结合的移相干涉波面测量方法，第一步：对被测口径内任意点引入环境干扰造成的被动移相量以及主动移相量；第二步：从光强-时间曲线中找到极大值和极小值，求得背景项和调制项；第三步：解得第i帧干涉图中点相位；第四步：得到该点在不同干涉图中的对应的相位信息；第五步：叠加各帧相位信息图求平均，得到被测的波面相位分布的测量结果，本发明的测量方法简单，对环境要求不高，无需特别的减振或隔绝气流措施；主被动结合，测量效率较高；有效消除环境干扰的影响，实现波面的高精度测量。

主权项

一种主被动结合的移相干涉波面测量方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：采集光强遍历干涉图序列，对被测口径内任意P(x，y)点引入主动移相量δa(x，y，t)，同时包含环境干扰造成的被动移相量δp(x，y，t)，对应总移相量为2 10个周期，主动移相条件为移相量单调增大且步长超过被动移相量，并且同一周期内主被动移相结合采样帧数超过100帧，则第i帧干涉图光强分布为I[x，y，δi(x，y，t)]＝ia(x，y)+ib(x，y)·cos[Φ(x，y)+δi(x，y，t)] (1)其中，ia(x，y)是背景项，ib(x，y)为调制项，Φ(x，y)为被测波面的初始相位分布，δi(x，y，t)为该点在t时刻的移相量，即采集第i帧干涉图时的移相量，包括主被动两部分，δi(x，y，t)＝δp(x，y，t)+δa(x，y，t)；第二步：寻找干涉图各点光强在时间轴上的极值，满足第一步主动移相条件的同一点P(x，y)的光强值将随时间近似余弦规律变化，从该点光强 时间曲线中找到极大值Imax[x，y，δi(x，y，t)]和极小值Imin[x，y，δi(x，y，t)]；第三步：求取干涉图各点背景项和调制项，第二步得到的极大极小值与公式(1)中的背景项和调制项满足公式(2)的关系，因此进一步利用公式(3)求得公式(1)中的背景项和调制项； I max [ x , y , δ i ( x , y , t ) ] = i a ( x , y ) + i b ( x , y ) I min [ x , y , δ i ( x , y , t ) ] = i a ( x , y ) - i b ( x , y ) - - - ( 2 ) i a ( x , y ) = I max [ x , y , δ i ( x , y , t ) ] + I min [ x , y , δ i ( x , y , t ) ] 2 i b ( x , y ) = I max [ x , y , δ i ( x , y , t ) ] - I min [ x , y , δ i ( x , y , t ) ] 2 - - - ( 3 ) 第四步：求解各点相位，将公式(3)代入公式(1)中，利用反余弦函数可以解得第i帧干涉图中P(x，y)点相位如公式(4)所示 Φ i [ x , y , δ ( x , y , t ) ] = Φ ( x , y ) + δ i ( x , y , t ) = arccos { 2 I [ x , y , δ i ( x , y , t ) ] - I max [ x , y , δ ( x , y , t ) ] + I min [ x , y , δ ( x , y , t ) ] I max [ x , y , δ ( x , y , t ) ] - I min [ x , y , δ ( x , y , t ) ] } - - - ( 4 ) 将时间顺序记录下的各帧干涉图中同一点的光强值，分别带入到公式(4)所示的解相公式中，得到该点在不同干涉图中的对应的相位信息；第五步：叠加各帧波面分布信息求平均，得到被测的波面测量结果，如公式(5)所示： Φ ( x , y ) ′ = 1 N Σ i = 1 N W { Φ i [ x , y , δ ( x , y , t ) ] } = 1 N Σ i = 1 N W { Φ ( x , y ) + δ i ( x , y , t ) } - - - ( 5 ) = Φ ( x , y ) + 1 N Σ i = 1 N [ δ i ( x , y , t ) ] = Φ ( x , y ) + L 其中，W为空间解包裹算符，Φ(x，y)′为被测波面相位分布的测量结果；Φ(x，y)为被测波面的实际相位分布；L为主动移相和环境振动带来的刚性移相量，对波面分布无影响。