光学相位测量中余弦相位展开方法研究
光学相位测量技术是干涉计量和三维轮廓测量中的高精度测量方法。由于三角函数的周期性，用相移相位测量法得到的相位被包裹在[-π，π]之间，称之为包裹相位，为了获得反映被测物理量的原始相位，人们必须对包裹相位进行展开处理。目前的展开算法大都是基于正切包裹相位进行，但是相移正切包裹相位有着难以滤波和无法判断相移精度的缺点。
针对缓慢变化过程的相位测量，本文采用时间相移法得到干涉光场的背景项和振幅项，记录时间序列干涉条纹图，从条纹图中去除背景项和振幅项后得到相应的相位余弦包裹函数，提出依据附加梯度方向信息对这个余弦包裹相位进行展开以得到原始相位的新方法。研究结果表明：对于含有较大噪声的干涉条纹，相移余弦展开相位具有与相移正切展开相位相同的精度。
本文分析了余弦包裹相位的特点：由于余弦函数的偶函数特性导致余弦包裹相位的包裹区间为[π，0，π]，不存在正切包裹相位的相位跳变，失去了原始相位的梯度方向信息。与正切包裹相位相比，相移余弦包裹相位是连续的可以方便地进行滤波，提高了相位测量的精度；通过比较相位余弦函数的主波峰和主波谷值与理论值的误差，可以进行相移精度的估算，这些优势是正切相位展开方法无法比拟的。余弦相位展开存在如下问题：1.选用最小二乘拟合滤波可以很好地消除相移滤波相位余弦函数中剩余噪声，但是需要准确判断拟合滤波相位余弦函数中主波峰主波谷和零点的位置；2.余弦相位展开方法在闭合干涉条纹和对边界条件要求比较高的相位测量中不适用，这是该方法最大缺陷所在。
在本文的最后部分对余弦相位展开法在动态过程相位测量中的应用做了初步讨论。
光学相位测量;相移精度;相移余弦展开;余弦包裹相位
昆明理工大学
硕士
物理电子学
钟丽云
2004
中文
TM930.126
69
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）