一种单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整方法

摘要

单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整方法，属于光学测量技术领域，为解决单幅载波干涉条纹面形反演测量中干涉条纹拍摄质量不受控、人为主观因素大的问题，该方法包括：获取成像系统技术指标；获取图像数据流；处理帧数据；以图像形式显示中间行数据和中间列数据；调整中间行列数据显示帧频；根据显示的中间行、列图像调整干涉仪与被测镜的位置关系；通过在线实时定量方法评价载波干涉条纹的成像质量，辅助测量人员快速将载波干涉条纹图像调整到适合图像处理的状态，确保将质量可控、蕴含面型信息完整的载波干涉条纹图像作为测量的原始图像，降低后续图像处理、面形反演的技术处理难度，该方法可有效控制面型测量的精确度，提高测量的重复精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整方法，属于光学测量技术领域。

背景技术

在镜面面形参数测量中，干涉仪是一种常用的高精度测量仪器。干涉仪的测量方法可分为单幅静态条纹处理方法、时分多幅条纹处理方法和相分多幅条纹处理方法等。单幅静态条纹处理方法具有测量设备简单可靠，测量时间分辨率高，造价便宜，测量精度适中的优点，但是受噪声干扰较大需要进行噪声预处理。时分多幅条纹处理方法需要精密的控制设备、且时间分辨率低容易受到周围不稳定环境的干扰。相分多幅条纹处理方法同样需要较复杂的仪器设备，但是具有较高的测量精度和抗环境干扰能力。

在应用单幅载波干涉条纹方法进行面形测量中，采集到的单幅条纹需要具有较好的成像质量，这样才能保证后续的条纹图像处理、面形反演工作顺利精确的进行，也就是这种面形测量反演方法的精度对输入条纹图像质量具有很高的要求。以往的分析方法中多注重条纹图像的后处理方法，研究怎样将已经获得的条纹图像中的噪声降低，以及从受污染的图像中精确提取有效的面形信息，而如何获取成像质量较高的干涉条纹图像、在测量中实时监测条纹的成像质量则受到忽视。目前在单幅载波干涉条纹处理中，拍摄的条纹图像质量缺少定量的在线监测，人为主观臆断因素大，给后续的图像处理、面形反演工作带来较大难度和测量的不确定性。

发明内容

本发明为了解决单幅载波干涉条纹面形反演测量中干涉条纹拍摄质量不受控、人为主观因素大的问题，提供一种单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整方法，提供在线实时条纹质量定量评价信息，确保拍摄的单幅条纹图像噪声低、面形信息完整，减轻后续图像处理和面形反演工作的难度，有助于提高面形测量的精度。

一种单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步，获取成像系统技术指标，包括图像采集的帧频、帧格式、采集图像的尺寸大小；

第二步，获取图像数据流，根据成像系统技术指标，利用图像采集硬件接口设备采集图像，编写软件，在实时显示采集图像的同时，获取图像的帧数据；

第三步，处理帧数据，获取图像的帧数据后按照帧格式获取一帧采集图像的中间一行数据和中间一列数据；

第四步，以图像形式显示中间行数据和中间列数据，将所取的中间行数据和中间列数据分别作为两组序列看待，绘制图像，将序列中数据元素的值作为绘制图像点的纵坐标，将序列的数据元素序号作为绘制图像点的横坐标，绘制的图像可以是曲线图或柱状图的一维数据图像显示格式；

第五步，调整中间行列数据显示帧频，条纹图像采集的帧频一般较快，在干涉载波条纹图像的实时调整时较快的图像质量监测帧频不利于干涉图像的调整，可将图像中间行、列数据显示帧频通过软件调节到一帧每秒到五帧每秒之间；

第六步，根据显示的中间行、列图像调整干涉仪与被测镜的位置关系，获取高质量载波干涉条纹图像，调整干涉仪与被测镜的相对位置关系可以改变干涉条纹的粗细、干涉条纹的方向，调整干涉仪光源强度可以改变干涉条纹的明暗对比度，在实际测量中通过调整以上参数关系，对照实时监测的干涉条纹中间行、列图像，确保中间行曲线图像在干涉条纹图像区域为近似正弦曲线，且调整后静止一段时间确保图像稳定，且曲线上的毛刺噪声较小，确保正弦曲线的最大值最小值范围近似充满整个图像采集深度，如果图像为八位采集深度则正弦曲线的峰峰值应接近200到256范围内，对照实时监测的干涉条纹中间列图像，在确保中间行图像满足要求的同时，精细调整干涉仪与被测镜的位姿关系，确保实时显示的干涉条纹中间列图像在干涉条纹图像区域内显示的曲线成较小的波动变化，最大波动变化不能超过两个峰顶或峰谷，调整后静止一段时间，待干涉条纹图像稳定即可捕获一幅干涉条纹图像，作为后续图像处理、面型反演的原始图像。

步骤三中获取一帧采集图像的中间一行数据和中间一列数据的具体计算方法为，设一帧图像的宽度为w，高度为h，那么一帧单色图像灰度数据即可用h*w的数组M表示，如果h为偶数，则所需的行数据的行号为h/2，如果h为奇数，则所需的行数据的行号为(h+1)/2，如果w为偶数，则所需的列数据的列号为w/2，如果w为奇数，则所需的列数据的列号为(w+1)/2。

本发明的积极效果：本发明解决了单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整问题，通过在线实时定量方法评价载波干涉条纹的成像质量，辅助测量人员快速将载波干涉条纹图像调整到适合图像处理的状态，确保将质量可控、蕴含面型信息完整的载波干涉条纹图像作为测量的原始图像，降低后续图像处理、面形反演的技术处理难度，该方法在后续图像处理、面形反演方法相同的情况下可有效控制面型测量的精确度，提高测量的重复精度。

附图说明

图1：本发明一种单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整方法的步骤流程示意图。

图2：本发明中一帧图像中间行数据、中间列数据示意图。

图3：本发明图像采集设备采集到的一幅载波干涉条纹图。

图4：本发明干涉条纹中间行数据图像。

图5：本发明干涉条纹中间列数据图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种单幅载波干涉条纹成像质量实时监测调整方法，该方法的实施步骤为：

第一步，获取成像系统技术指标，成像系统为单色CCD相机，拍摄图像尺寸为576*768像素，拍摄帧频为30帧每秒。

第二步，获取图像数据流，图像采集卡采用大恒图像DH-VT110产品，图像采集处理软件采用Matlab2013B。

第三步，处理帧数据，将采集到的一帧图像数据用576*768的矩阵M表示，获取矩阵的第288行数据，获取矩阵的第384列数据。

第四步，如图2所示，获取矩阵M的第288行数据和第384列数据，将数据以曲线图的形式绘制，如图4、图5所示。

第五步，调整中间行、列数据显示帧频，将中间行列数据曲线图的显示帧频调整为3帧每秒。

第六步，根据显示的中间行、列图像调整干涉仪与被测镜的位姿关系获取高质量载波干涉条纹图像，将载波干涉条纹图像大致调整为竖直条纹，如图3所示。观察如图4所示的中间行曲线图像，通过调整两束相干光的光强使干涉条纹的明暗对比度较大，且动态范围覆盖大部分图像采集深度，精细调整被测镜与干涉仪的相对位姿使干涉条纹的数量适当，且成大致正弦曲线形状。在满足上述条件下，观察如图5所示的中间列曲线图像，精细调整被测镜与干涉仪的相对位姿使中间列曲线图波动变化较小，峰谷或峰顶不超过两个，静止一段时间，待上述条件全部满足后捕获一幅载波干涉条纹图像，作为后续图像处理面形反演的原始图像。