MATLAB干涉仪的图像质量评价方法研究(2)
1.1 研究背景 两列光波相遇而光亮度发生明暗变化的现象就称为光的干涉现象，产生干涉现象的光称为相干光，两束光相干的条件是同偏振、同频率以及位相差或光程差恒定。干涉仪的检验原理是通过研究经过光学零件或光学系统后的光波波面的变形来确定零件的质量。由于光学干涉测量是以干涉条纹图像来反映被测光学零件系统误差信息，且以波长为单位，所以它较之一般光学仪器在测量上具有高的精度和灵敏度。 光学干涉测量技术是一种基于光波测量的测量方法，是测量长度、面型、粗糙度等参数的重要测量手段，干涉仪作为光学测量技术中的核心仪器，具有重要的地位。干涉仪的类型主要有迈克尔逊干涉仪、泰曼-格林干涉仪、斐索干涉仪、马赫-泽德干涉仪等，其中斐索干涉仪因为具有共光路的特性，所以它拥有很好的抗干扰抗震能力，因此被广泛的使用，它也是本文主要研究的干涉仪的光路类型。[1] 随着测量精度要求的提高，光学干涉测量技术也在不断改进，从干涉的光源到最后的图像处理都得到了进步。光源替换成了相干性更好、亮度更高、更稳定的激光光源；图像的读取从早期的目视方法或是使用读数显微镜的人工读取数据方法进步成为现在的使用 CCD 摄像机采集干涉图像的形式；同时，增加了计算器作为处理手段进行有效数据分析。测量的方法也随着时间不断进步，因为一开始使用单张干涉图进行计算，采样点和图像太少造成随机性较大即会出现很多随机噪声影响实验图像的结果，所以现在出现了一些先进的测算方法，如移相干涉术、外差干涉术、锁相干涉术等技术。如此，光学干涉测量逐渐组成了一个包括光、机、电、算四个部分的完整的系统，逐渐成为了一个严谨的测量体系。 随着技术的进步，对于数据、图像的精度和正确性的要求越来越高，人们开始借助数字图像处理的编程手段进行干涉图像的数据分析，因此导致了人们不断对于图像质量提出更高的标准。顺理成章的，光学干涉测量技术开始和图像处理技术挂钩，对于所得干涉图像的处理，快速有效的得出所需有用信息，尤其是当精度不断地提高，图像质量上的一些不足会导致出现很严重的误差。对于这一点，就需要有关于干涉仪图像质量如何评价的方法， 以此来判断所使用用来得出数据的图像是否合格，根据这些干涉图像上的特征参数也可以进一步得出干涉仪的哪一部分出现了不合格的情况。而对于人眼识别的干涉仪，我们更需要考虑人眼辨别的感官感受问题，这些也都需要提出一种对于干涉图想质量评价的方法。
1.2 国内外干涉仪发展现状 国外在干涉仪研究的方面起步较早，具有先进的技术更有利于干涉仪的制作和检验，所以在光学干涉测量领域一直处于领先地位。在小口径干涉仪方面，美国的 ZYGO 公司生产的斐索数字波面干涉仪已经可以作为世界标准。ZYGO 公司经过四十多年的不断发展，先后推出了GPI、 Verifire、 DVD400三大系列的数字波面干涉仪。其中GPI XP是ZYGO在全世界市场占有率第一的激光干涉仪，采用斐索干涉光路、移相干涉术和具有高分辨率的 CCD 探测器，同时配合功能强大的MetroPro 软件，可以使常规口径(30mm-100mm)下的平面测量精度PV值达到λ/100，球面测量精度好于λ/140。美国的 VEECO公司研制的斐索型干涉仪在制作上也有其独到之处，它采用双光路切换进行工作，可以自动调节光强，具有七倍连续变焦等功能，提高了干涉仪测量的精度。除了这两家公司以外，源`自*吹冰~文·论^文`网[www.chuibin.com还有一些其他厂家，如日本的尼康、富士，台湾的 K-Laser等都能够生产不同精度的优秀的小口径干涉仪。 在高精度大口径干涉仪方面, ZYGO 公司在 1994 年向市场推出了 GPI XP系列大口径的数字波面干涉仪。作为移相干涉仪，光路依旧采用斐索干涉的共光路设计，移相器则使用压电陶瓷，可以使用这一系列干涉仪测量大口径光学件。GPI XP 型大口径干涉仪采用卧式结构，具有分辨率为 1024×1024 的 CCD 摄像机，配合MetroPro 软件后进行测量， 平面准确度PV 值可以优于λ/10。 1999年，ZYGO 公司又研制出了另外两种大口径干涉仪，口径分别为 610mm 和 810mm。这些干涉仪使用半导体激光器作为光源， 移相方式采用斐索波长调谐移相干涉原理，即激光器既是照明光源又是移相器，CCD 探测器分辨率达到 2048×2048，这些都使测量结果更为精确。
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