同步移相干涉图位置和形状配准技术研究(2)
移相干涉技术是干涉测量技术中一个新型的技术，这种技术有效改善了外界环境的振动和空气扰动影响。采用PZT压电陶瓷的推动来引入两束光路之间的光程差是这类技术的典型代表，除此之外，还有其他几种移相干涉技术，将在后文中进行介绍。除了传统的时域移相之外，还有一种同步移相干涉，这种方法是指在移相干涉的基础上，在同一时间对同一CCD相机的不同位置或者不同位置的CCD相机上提取若干幅移相干涉图（至少为三幅干涉图）。在得到了干涉图以后，为了能够更准确的对这些干涉图所包含的信息进行提取与分析，需要对这些干涉图之间存在的位置失配问题进行解决。
随着当今科学技术的飞速发展，越来越多的研究人员投入到了图像配准的技术之中，图像配准技术也从原来的单一类型便为各种各样，配套的算法也是层出不穷，因此可以考虑将这些图像配准技术用于干涉图的配准之中，提高干涉测量精度。
1.2 国内外研究现状
1.3 本课题主要工作安排
本课题查阅了同步移相干涉测试的相关文献资料以及图像形状和位置配准的相关资料，完成同步移相干涉图位置和形状配准技术的研究。采用Matlab语言实现了SURF算法，并对该算法进行模拟仿真，验证算法的正确性。
本文章的内容安排如下：
第一章为绪论，叙述了多幅干涉图之间配准的研究背景与研究意义，介绍了目前移相干涉理论与图像配准技术的研究现状。
第二章着重介绍了同步移相干涉的原理与移相方法。
第三章介绍了图像配准的基本原理，主要包括其分类、数学模型，简单叙述了一下图像配准的步骤，与目前应用较为广泛的图像配准算法。
第四章介绍了将当前最为流行、配准精度较高的SURF算法应用于干涉图的配准之中，经过Matlab编程后得到的实验结果进行分析。
2 移相干涉技术研究
传统的干涉测量方法都是通过对干涉条纹的判读来获取有效的信息，外界环境振动或者空气扰动都会对干涉条纹的判读带来误差，严重影响了判读的精度，测量不确定度只能做到 。20世纪70年代，出现了一种拥有着较高精度的移相干涉测量技术，该技术能够测得相位发生变化的若干幅干涉图，从干涉图中提取波面各点处的相位信息，通过这种方法得到的测量不确定度可以达到 以上。
2.1 移相干涉测量原理
移相干涉测量的原理是在干涉仪的相干光路中引入了一个随着时间不断发生变化的相位调制，使得干涉条纹随着相位差的调制不断发生位置上的移动，最终得到若干幅干涉图，然后光电检测器件采集得到的干涉图，通过一定的数学算法解出相位分布。该方法能有效消除干涉测量系统内部的误差，并能够减少环境振动、空气扰动以及各种噪声引来的随机误差，保证了测量精度，目前广泛应用于多种光学器件的面型测量。
我们可以用下式描述图像中图像条纹的光强度。假设干涉场中干涉条纹的光强分布为：
， (2.1)
上式中： 表示干涉场中光强的直流信息， 表示干涉场中光强的交流信息， 表示待测波面与参考波面之间的相位差分布。 表示测试光路与参考光路之间的可变相位。
传统的相位解调方法是，取一个 的固定值 ，然后进行对干涉图进行条纹序号 的判读，然后便可以得到待测波面包含的相位信息 。这种方法主观因素较大，并且干涉系统中的环境影响会对干涉图的质量带来影响，因此精度不高，条纹序号的测量不确定度为0.1左右，测量出的面型偏差为 左右。