西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
提出一种可用于非球面面形检测的同步环带子孔径干涉（SASI）检测方法。该方法利用双焦点透镜形成两个测量波前来匹配非球面不同子孔径区域，进而实现非球面的同步环带子孔径干涉测量。分析SASI检测非球面面形的原理，确定双焦点透镜的焦点间距选取原则，建立子孔径的基准统一模型，通过光学追迹软件辅助建模和坐标变换实现子孔径基准统一与非球面面形重构。结合实例对一个口径为90 mm、顶点曲率半径为317 mm的抛物面进行面形检测实验，SASI方法面形重构结果与Luphoshcan方法检测结果的对比，验证了SASI方法的正确性。该方法在一定程度上扩大了干涉仪直接检测非球面的动态范围，且无需复杂的运动机构就可以同步得到被测非球面两个子孔径区域的干涉图样，加快了检测速度、降低了运动误差对测量精度的影响。
物理光学 干涉测量 非球面检测 非零位测量 同步环形子孔径
西安工业大学光电工程学院，陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法，实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位；将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中，利用最小二乘法初步得到背景光和调制光；再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位，比较得到的待测相位和初始相位，若不满足迭代精度要求，则重复上述相位求解过程并实现迭代，若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件，则停止迭代。进行仿真和实验研究，得到的100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明，该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。
测量 干涉测量 单幅干涉图 迭代方法 最小二乘法
浙江理工大学 信息科学与工程学院，浙江杭州310018
针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差，提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系，利用位置敏感探测器（PSD）和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化，从而获得更为准确的转角测量结果，最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性，搭建激光外差干涉测量实验装置，分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52 μm降至0.18 μm，测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10-4°内，对M-531.DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量，将测得的转角进行位移补偿后，系统的位移测量结果与M-531.DD线性导轨位移的标准差从1.55 μm减小到0.29 μm。
激光外差干涉 位移测量 误差补偿 卡尔曼滤波 laser heterodyne interferometry displacement measurement error compensation Kalman filtering
1 西安工业大学 光电工程学院， 陕西西安70032
2 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室， 陕西西安710049
为满足点衍射干涉测量对解包算法高精度、高效以及抗干扰的检测需求。提出一种基于空洞空间卷积的相移点衍射干涉图像的相位解包方法，通过将自编码器结构和空洞空间卷积结合获得更高的相位解包精度，实现对包裹相位图像可控的多尺度特征提取。根据点衍射图像特点制作的大量多样化数据集对其进行训练和优化，从而实现准确识别包裹相位所在阶次，最终可以快速处理包裹图像得到高精度的解包结果。利用所提方法对实际点衍射干涉图像进行处理，并与ESDI专业干涉图像处理软件以及其他解包算法处理结果进行比对，结果表明：本文解包结果与软件枝切法解包处理结果均方根误差值为0.022 2 rad，面形拟合结果与软件面形拟合结果峰谷差值仅为0.012 1λ、均方根差值仅为0.004 2λ；时间效率上，完成一幅图像的处理平均仅需0.035 s，而传统方法均大于1 s。与其他方法相比，所提方法在处理包裹相位方面具有快速、高精度的特性，为点衍射干涉图像处理的高精度相位解包提供了新的可行方案。
干涉测量 面形检测 干涉成像 神经网络 相位解包 interferometry surface measurement interference fringe neural networks phase unwrapping
南京理工大学 电子工程与光电技术学院，南京 210094
结合奇偶函数理论，提出了一种基于两平晶三面干涉测量平晶折射率均匀性的方法。该方法通过两块平晶3个表面之间的组合测量，对折射率均匀性引入的误差进行分部求解，生成4个随机波面作为初始3个表面面形和折射率均匀性误差，对其中的均匀性误差复原，结果与初始值仅相差0.6×10-6，残差与平晶表面面形的低频信息无关，仅取决于折射率均匀性本身的旋转不变项。在100 mm口径Zygo干涉仪上完成了两平晶折射率均匀性检测实验。同时通过三平晶透射法对同一块平晶的折射率均匀性进行检测，将两种方法的测量结果进行对比。结果表明两平晶方法获得的折射率均匀性结果与透射法获得的折射率均匀性波面形状相同，指标结果仅相差0.2×10-6，波面偏差峰谷值相差3 nm。分析了影响评估精度的误差项，旋转角度误差与对准误差的影响在实验精度条件下，均方根偏差均小于1 nm。实验结果表明所提出的两平晶三面互检方法能够有效地对平晶的折射率均匀性进行测量。
物理光学 光干涉测量 奇偶函数法 光学均匀性 绝对检测 Physical optics Optic interferometry Odd and even function Optical uniformity Absolute test
1 东北电力大学 理学院，吉林 吉林 132012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了平衡相位计算的精度和速度，大量的两步随机相移算法发展起来。提出了一种基于主成分分析和VU分解法的快速、高精度两步随机相移算法。首先，采用两步主成分分析法对经过滤波的两幅相移干涉图进行计算求出迭代初始相位；然后，利用没有滤波的两幅相移干涉图进行VU分解、迭代求出最终相位。通过模拟和实验结果对比表明：与四种性能良好的两步随机相移算法相比，对于不同的条纹类型、噪声、相移值及条纹数量，提出的算法综合性能最好，其精度最高，有效相移范围和有效条纹数量范围最大，当干涉图像素数为401 pixel×401 pixel时，提出的算法仅比格兰-施密特正交化法和两步主成分分析法多花费0.035 s。在理想情况下，提出的算法可以得到完全正确的结果。如果需要得到较高精度，最好能够提前抑制噪声，同时设置相移值远离0和π，条纹数量大于2。主成分分析和VU分解法无需滤波，花费近似非迭代算法的时间获得迭代算法的精度，其打破了迭代算法花费时间较多的限制，适合高精度光学在线检测，有广泛的发展前景。
测量 干涉 相移算法 迭代算法 主成分分析 measurement interferometry phase-shifting algorithm iterative algorithm principal component analysis 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230596
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国-俄罗斯激光科学“一带一路”联合实验室，上海 201800
激光干涉仪中光学元件表面划痕和灰尘等会在干涉图中形成衍射环状相干噪声，极大影响测量精度。为了消除此类相干噪声，提出了一种基于多模光纤耦合角度变化的扩展光源方法，控制平行光束经过旋转毛玻璃耦合进入多模光纤的角度，达到抑制散斑和相干噪声的效果。通过理论推导和仿真模型构建，基于纤芯直径为1 mm的多模光纤扩展光源，在直径为25.4 mm的泰曼-格林干涉仪上进行了实验验证。结果表明：通过改变入射角度可以控制扩展光源的形态，在-3°~2°的入射角度范围内，干涉仪的信噪比最大值与正入射时相比提高了40.3%，此时入射角度处于纤端光斑形态发生变化的临界角度与正入射角度中间，且该临界值与理论推导和仿真结果一致。实验证明了所提方法可以抑制干涉仪的相干噪声。
光纤光学 干涉测量 扩展光源 相干噪声 信噪比
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210000
2 中航西安飞机工业集团股份有限公司复合材料厂，陕西 西安 710089
针对数字剪切散斑干涉技术在检测过程中得到的包裹相位图中存在噪声干扰的问题，本文提出了一种基于同态滤波的正余弦全变分融合降噪的激光散斑图像噪声抑制方法。首先对同态滤波后的包裹相位图进行正余弦分解，然后在分解的基础上通过全变分滤波来抑制噪声，最终通过散斑抑制指数的变化自适应地判断滤波是否完成。通过仿真与实验对所提方法的有效性进行了验证。首先向仿真包裹相位图中添加噪声并采用所提方法进行噪声抑制，根据散斑抑制指数验证所提方法的可行性；然后对预制缺陷的复合材料试件进行检测，并采用所提方法进行噪声抑制；最后通过散斑抑制指数和相位展开结果对所提方法的滤波效果进行验证。结果表明：采用所提方法得到的散斑抑制指数相较于传统的正余弦全变分滤波方法约降低了10.7%，同时有效地保护了相位信息不被破坏。
测量 融合滤波 数字剪切散斑干涉术 散斑图像 噪声抑制
1 苏州大学光电科学与工程学院&苏州纳米科技协同创新中心，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室&教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
在非球面零位干涉检测中，待测面检测误差分布与实际误差分布间存在干涉投影畸变。针对目前投影畸变校正方法计算复杂、通用性差等问题，提出一种基于卷积神经网络（CNN）的投影畸变校正方法。该方法首先在待测面上加入井字形柔性遮挡物，并根据投影畸变系数范围合成干涉图像作为CNN的数据集；然后选择合适的网络结构基于该数据集来训练网络；最后将实际干涉图像输入该网络以预测畸变系数，从而实现投影畸变的标定与校正。实验结果表明，该方法的理论校正误差小于1 pixel，实际误差校正精度优于传统标记点法，证明了该方法高效可行。
干涉检测 畸变校正 深度学习 卷积神经网络 系统标定 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0805001
