白光干涉图描述目前,对于白光干涉图对称性处理的关键是零光程差位置的寻找,在实际应用中,我们通过算法确定零光程差的位置,而不直接采用干涉图中信号最大值[4]。目前的解决方法有重心法、移相法、包络曲线拟合法、空间频域算法等几种。白光干涉时,当两束光光程差为零时,各色光零级条纹位置重合,出现主极大,随着干涉级次增加,各色光的条纹位置逐渐错开,对比较下降直到消失,其光强图如下所示: 白光干涉光强图81416
其归一化的条纹强度是:
其中,是中心波长;L是相干长度。
2 重心法
理想状态下的白光干涉图是对称分布的,零光程差的位置可视为干涉条纹的重心。此方法基本分为两步,首先初步定位在一个周期内,再精确确定零光程差具体位置。在每一个扫描过程中,记录各个像素的幅值强度和帧数,计算得到被测表面的高度值,其计算公式为:论文网
其中,i是离散采样序列,I(i)是分别对应的光强,N是采样点总数,P即为零光程差位置。
3 移相算法
移相算法是通过等间距地扫描参考镜的逐步移相,得到相应干涉图,然后将不同相位的干涉图光强带入到移相公式,计算每一点相位,最后得到一个与相位有关的物理量。以五步移相法为例,设M为五个步长内的调制数常数,为白光中心波长,当压电陶瓷的步长选择为/8时,每一帧移动π个相位,每移动一个步长采集一帧干涉图,然后计算相邻五帧调制度。相应公式如下:
调制度计算公式:
相移的微小量计算公式:被测三维表面的各点高度值计算公式:
4 包络曲线拟合法
此方法中将信号视为振幅受低频带限信号调制的余弦信号,采集干涉图包络,用多项式拟合包络,将拟合曲线的极大值作为零光程差的位置。这其中包括Fourier变换滤波法、Hilbert变换法和小波变换法等计算方法。
Fourier变换滤波法:首先用离散Fourier对信号做傅里叶变换,去掉频谱中的负数部分,把正频率部分移动到频谱原点,然后对处理后的频谱信号做Fourier逆变换,最后得到干涉图包络。
Hilbert变换法:常用于提取窄宽带调制信号的包络计算中,其变换器响应频率为:
然后再通过将信号经过Hilbert变换和构造解析函数的方法,即可得到干涉图的包络信号。
此外还有空间频域算法、小波变换提取算法和相关系数算法等。其中空间频率域算法和小波变换算法的计算精度相对较高,傅里叶变换算法和小波变换的方法计算量较大,从已发表的文章中得到,目前而言,空间频域算法在所有白光干涉信号处理中较具优势。