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原文传递一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法

专利名称：	一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法
摘要：	本发明公开了一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，首先利用极值—中心取点法确定单幅干涉条纹中需要提取辐照度的五个位置点；然后设置线阵图像传感器的驱动频率和积分时间；利用高速模数转换器获取一幅干涉条纹图并进行中值滤波；提取五个位置点的辐照度并计算干涉条纹相位值；计算前后相邻干涉条纹相位差；对相位差做累加并对累加和结果做低通滤波；连续获取多幅干涉条纹图，依次重复上述过程即可得到反应光声变化情况的连续相位曲线。该方法可自动实现干涉条纹的相位提取，减轻噪声和随机误差的影响，并且算法实时性好，资源开销低。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京遥测技术研究所
发明人：	郗洪柱;周建发;王伟魁
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910305054.1
公开号：	CN110108643A
代理机构：	中国航天科技专利中心
代理人：	张辉
分类号：	G01N21/17(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100076 北京市丰台区北京市9200信箱74分箱
主权项：	1.一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于包括如下步骤： (1)利用极值—中心取点法确定单幅干涉条纹中需要提取辐照度的五个位置点； (2)设置线阵图像传感器的驱动频率、积分时间； (3)利用高速模数转换器采集线阵图像传感器的输出模拟信号，所述线阵图像传感器的输出模拟信号为单幅干涉条纹的所有像素点模拟量，高速模数转换器对采集的模拟信号进行模数转换后，得到包含一幅干涉条纹各个像素点处辐照度的数组，即一幅数字化的干涉条纹； (4)从干涉条纹中提取步骤(1)确定的五个位置点处的辐照度，据此计算干涉条纹的相位值； (5)继续获取下一幅干涉条纹； (6)重复步骤(4)，得到新获取的干涉条纹的相位值； (7)判断步骤(6)得到的本次干涉条纹相位值与上次干涉条纹相位值的大小，若本次比上次大π，则将本次结果减去2π后作为本次干涉条纹相位值的最新结果；若本次比上次小π，则将本次结果加上2π后作为本次干涉条纹相位值最新结果，将本次干涉条纹与上次干涉条纹的相位差保存； (8)对步骤(7)得到的干涉条纹相位差做累加，并对累加和结果做低通滤波； (9)连续获取多幅干涉条纹，每次获取一幅干涉条纹，即重复步骤(6)-(8)； (10)对累加和滤波后的曲线进行锁相处理，得到曲线的幅值，该幅值即为对应的光声变化量。 2.根据权利要求1所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：所述步骤(1)中，利用极值—中心取点法确定单幅干涉条纹中五个位置点的具体实现方式如下： (2.1)以单幅干涉条纹上辐照度最高的像素点为相位π点； (2.2)相位π点左边最近，且为辐照度极小值的点为相位0点； (2.3)相位π点右边最近，且为辐照度极小值的点为相位2π点； (2.4)根据相位0点和相位π点的位置，采用取像素坐标中值方法或取平衡点的方法获得相位π/2点的位置，根据相位2π点和相位π点的位置，采用取像素坐标中值方法或取平衡点的方法获得相位3π/2点的位置。 3.根据权利要求2所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：所述步骤(2.4)中，取像素坐标中值方法适用于相位0点和相位π点间及相位2π点和相位π点间均为奇数个点的情况，具体实现方式如下：设相位π点的像素坐标为(x3,y3)，相位0点的像素坐标为(x1,y1)，相位2π点为(x5,y5)，则相位π/2点的像素坐标(x2,y2)满足：相位3π/2点的像素坐标(x4,y4)满足： 4.根据权利要求2所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：所述步骤(2.4)中，取平衡点方法适用于相位0点和相位π点间或相位2π点和相位π点间有偶数个点的情况，具体实现方式如下：若相位0点和相位π点间有奇数个点，而相位π点和相位2π点之间有偶数个点，则采用取像素坐标中值方法获得相位π/2点的像素坐标，若相位π/2点的辐照度大于相位0点和相位π点间的辐照度中值，则取相位π点和相位2π点中间两个点中右边的点作为相位3π/2点，若相位π/2点的辐照度小于相位0点和相位π点间的辐照度中值，则取相位π点和相位2π点中间两个点中左边的点作为相位3π/2点；若相位π点和相位2π点间有奇数个点，而相位0点和相位π点之间有偶数个点，则采用取像素坐标中值方法获得相位3π/2点的像素坐标，若相位3π/2点的辐照度大于相位π点和相位2π点间辐照度中值，则取相位0点和相位π点中间两个点中左边的点作为相位π/2点，若相位3π/2点的辐照度小于相位π点和相位2π点间辐照度中值，则取相位0点和相位π点中间两个点中右边的点作为相位π/2点；若相位0点和相位π点间及相位π点和相位2π点间均为偶数个点，则取相位0点和相位π点间距离辐照度中值最近的点作为相位π/2点，若相位π/2点的辐照度大于相位0点和相位π点间辐照度中值，则取相位π点和相位2π点中间两个点中右边的点作为相位3π/2点，若相位π/2点的辐照度小于相位0点和相位π点间辐照度中值，则取相位π点和相位2π点中间两个点中左边的点作为相位3π/2点。 5.根据权利要求4所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：所述辐照度中值计算方式如下：设相位0点处的辐照度为I1(x1,y1)，相位π点处的辐照度为I3(x3,y3)，则相位0点和相位π点间辐照度中值Im(xm,ym)满足：。 6.根据权利要求3或4所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：所述步骤(4)中，利用如下公式计算干涉条纹相位值φ(x,y)： I1(x1,y1)为相位0点的辐照度，I2(x2,y2)为相位π/2点的辐照度，I3(x3,y3)为相位π点的辐照度，I4(x4,y4)为相位3π/2点的辐照度，I5(x5,y5)为相位2π点的辐照度。 7.根据权利要求6所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：五个位置点的辐照度满足如下公式： I1(x1,y1)＝Idc(x1,y1)+Iac(x1,y1)cos[φ(x,y)] I2(x2,y2)＝Idc(x2,y2)-Iac(x2,y2)sin[φ(x,y)] I3(x3,y3)＝Idc(x3,y3)-Iac(x3,y3)cos[φ(x,y)] I4(x4,y4)＝Idc(x4,y4)+Iac(x4,y4)sin[φ(x,y)] I5(x5,y5)＝Idc(x5,y5)+Iac(x5,y5)cos[φ(x,y)] I1(x1,y1)表示相位0点的辐照度，Idc(x1,y1)表示相位0点处辐照度的直流分量，Iac(x1,y1)表示相位0点处辐照度的交流分量幅值，I2(x2,y2)表示相位π/2点的辐照度，Idc(x2,y2)表示相位π/2点处辐照度的直流分量，Iac(x2,y2)表示相位π/2点处辐照度的交流分量幅值，I3(x3,y3)表示相位π点的辐照度，Idc(x3,y3)表示相位π点处辐照度的直流分量，Iac(x3,y3)表示相位π点处辐照度的交流分量幅值，I4(x4,y4)表示为相位3π/2点的辐照度，Idc(x4,y4)表示相位3π/2点处辐照度的直流分量，Iac(x4,y4)表示相位3π/2点处辐照度的交流分量幅值，I5(x5,y5)表示相位2π点的辐照度，Idc(x5,y5)表示相位2π点处辐照度的直流分量，Iac(x5,y5)表示相位2π点处辐照度的交流分量幅值。 8.根据权利要求1所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：高速模数转换器对干涉条纹每个像素点的模拟信号均采集三次，然后取中间值，并存储到FPGA中；相邻干涉条纹数据在FPGA中做乒乓缓存。 9.根据权利要求1所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：所述步骤(8)中，采用二阶IIR滤波器做低通滤波，用x(n)表示当前累加和结果，x(n-1)表示上一次累加和结果，x(n-2)表示再上一次累加和结果，y(n)表示当前滤波结果，y(n-1)表示上一次滤波结果，y(n-2)表示再上一次滤波结果，b1、b2、b3、a1、a2和a3分别表示各个时期累加和及滤波结果前的系数，二阶IIR滤波器公式如下，初始滤波没有的值，按0计算： a1·y(n)＝b1·x(n)+b2·x(n-1)+b3·x(n-2)-a2·y(n-1)-a3·y(n-2) 。 10.根据权利要求9所述的一种用于光声检测的干涉条纹相位提取方法，其特征在于：二阶IIR滤波器公式中的系数按如下方法选取： a1′＝1,a2′＝-1.9704,a3′＝0.9736,b1′＝0.0132,b2′＝0,b3′＝-0.0132
所属类别：	发明专利