一種光束準直性檢測方法
【專利摘要】一種光束準直性檢測方法，該方法包括純莫爾條紋提取、一維條紋信息獲取、小波變換、條紋周期計算和光束發(fā)散角計算5個步驟。本發(fā)明具有較強的噪聲抑制能力，當(dāng)CCD攝像機采集的雙螺旋莫爾條紋圖像中含有較強噪聲時，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高精度光束準直性定量檢測。
【專利說明】一種光束準直性檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)檢測方法，尤其是一種光束準直性檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 準直光束廣泛應(yīng)用于光學(xué)測量中。因為光束的準直誤差會傳遞積累到測量誤差 中，所以光束的準直程度嚴重影響測量精度。光束準直性檢測是實現(xiàn)光束準直的前提。光 束準直性檢測通?；谔┎═albot)自成像效應(yīng)和莫爾條紋技術(shù)。其中，基于雙螺旋莫爾 條紋的光束準直性檢測方法由于具有檢測精度高、簡單易行和現(xiàn)象直觀的優(yōu)點得到了較為 廣泛的關(guān)注。
[0003] 基于雙螺旋莫爾條紋的光束準直性檢測方法（在先技術(shù)1，黃磊，蘇顯渝，雙螺旋 疊柵條紋檢測光束準直性的兩種方法，光學(xué)學(xué)報，27 (4)，609-615, 2007)中，和頻條紋的周 期和被測光束的發(fā)散角之間存在對應(yīng)關(guān)系，通過檢測和頻條紋的周期可實現(xiàn)光束準直程度 檢測。在先技術(shù)1提出了兩種計算莫爾條紋和頻條紋周期的方法，一種是依次對不同極徑 的極角方向條紋進行傅里葉變換的方法，另一種是利用在3個以上極角位置沿徑向條紋信 息的空間相移方法。兩種方法的實質(zhì)是獲取莫爾條紋全場趨勢的平均值，具有相當(dāng)高的精 度。但在先技術(shù)1中兩種方法的噪聲抑制能力較弱，其光束準直性檢測精度受莫爾條紋噪 聲水平的影響較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有較強噪聲抑制能力的光束準直性檢測方法。當(dāng) CCD采集的雙螺旋莫爾條紋圖像中含有較強噪聲時，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高精度光束準直性檢測。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] -種光束準直性檢測方法。所述方法利用的檢測系統(tǒng)包括：第一螺旋光柵、第二螺 旋光柵、觀察屏、CCD攝像機、計算機。被測光束垂直照明第一螺旋光柵，第二螺旋光柵是與 第一螺旋光柵周期相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋光柵，第二螺旋光柵位于第一螺旋光柵的泰 伯自成像距離位置，觀察屏貼近第二螺旋光柵的后表面，CCD攝像機在觀察屏的后方，計算 機與CXD攝像機相連。
[0007] 所述方法包括如下步驟：
[0008] ①純莫爾條紋提取：
[0009] 計算機控制CCD攝像機采集莫爾條紋圖像并存儲；計算機將莫爾條紋圖像進行開 方運算獲得光場分布；然后對光場分布做二維傅里葉變換得到莫爾條紋圖像的頻譜；通過 低通濾波器對頻譜進行低通濾波，濾除基頻與差頻成分；對濾波后剩余的頻譜成分作二維 逆傅里葉變換得到純莫爾條紋。
[0010] ②一維條紋信息獲?。?br> [0011] 選擇純莫爾條紋任意一個極角方向上的半徑；提取沿著該半徑的純莫爾條紋強度 信息，并進行均勻插值，得到一維條紋信息f (r)。
[0012] ③小波變換：
[0013] 對f (r)進行連續(xù)小波變換，
[0014] W(a J?) = ^ ^ f{r)y/h (r)dr ,
[0015] 其中，W(a，b)為小波變換系數(shù)矩陣，Va，b(r)為復(fù)子小波函數(shù)，a為尺度因子，b為 平移因子，表示共軛運算。
[0016] ④條紋周期計算：
[0017] 查找位置b處幅值最大的小波變換系數(shù)；一維條紋不同位置處幅值最大的小波變 換系數(shù)表示為1(b);利用反正切函數(shù)求解1(b)的幅角，即得到了一維條紋的截斷相位；對 截斷相位進行相位展開（參見在先技術(shù)2，D.C. Ghiglia and M.D. Pritt, Two-dimensional phase unwrapping:Theory, Algorithms and Software. Wiley, 1998.)得到連續(xù)分布的相 位信息?。╮);則，條紋周期為：

【權(quán)利要求】
1. 一種光束準直性檢測方法，所述方法利用的檢測系統(tǒng)包括：第一螺旋光柵（1)、第二 螺旋光柵（2)、觀察屏（3)、CCD攝像機（4)、計算機（5);被測光束垂直照明第一螺旋光柵 (1) ，第二螺旋光柵（2)是與第一螺旋光柵（1)周期相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋光柵，第二螺 旋光柵⑵位于第一螺旋光柵⑴的泰伯自成像距離位置，觀察屏⑶貼近第二螺旋光柵 (2) 的后表面，CCD攝像機⑷在觀察屏⑶的后方，計算機（5)與CCD攝像機⑷相連，其 特征在于所述方法包括如下步驟： ① 純旲爾條紋提取： 計算機（5)控制CCD攝像機（4)采集莫爾條紋圖像并存儲；計算機將莫爾條紋圖像進 行開方運算獲得光場分布；然后對光場分布做二維傅里葉變換得到莫爾條紋圖像的頻譜； 通過低通濾波器對頻譜進行低通濾波，濾除基頻與差頻成分；對濾波后剩余的頻譜成分作 二維逆傅里葉變換得到純莫爾條紋； ② 一維條紋信息獲?。? 選擇純莫爾條紋任意一個極角方向上的半徑；提取沿著該半徑的純莫爾條紋強度信 息，并進行均勻插值，得到一維條紋信息f(r); ③ 小波變換： 對f(r)進行連續(xù)小波變換，
其中，W(a,b)為小波變換系數(shù)矩陣，Va，b(r)為復(fù)子小波函數(shù)，a為尺度因子，b為平移 因子，表示共軛運算； ④ 條紋周期計算： 查找位置b處幅值最大的小波變換系數(shù)；一維條紋不同位置處幅值最大的小波變換系 數(shù)表示為Wjb);利用反正切函數(shù)求解Wjb)的幅角，即得到了一維條紋的截斷相位；對截斷 相位進行相位展開得到連續(xù)分布的相位信息?。╮);則，條紋周期為：
⑤ 光束發(fā)散角計算： 實際檢測過程中通過實驗的方法確定第二螺旋光柵所在第一螺旋光柵的泰伯距離位 置對應(yīng)的泰伯自成像級次m; 根據(jù)下列公式計算光束發(fā)散角：
實現(xiàn)光束準直性定量檢測。
【文檔編號】G01J11/00GK104406702SQ201410655245
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】李思坤, 王向朝, 徐東瀛 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所