CN101893563B

CN101893563B - 变曝光时间成像相移测量相位的方法

Info

Publication number: CN101893563B
Application number: CN 201010152556
Authority: CN
Inventors: 张玮; 余兴龙; 邓焱; 罗昭锋
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-04-19
Also published as: CN101893563A

Abstract

变曝光时间成像相移测量相位的方法，属于光学相位测量技术领域。其特征在于，在时间相位调制表面等离子体共振SPR成像检测系统内的计算机中建立一个基于变曝光时间成像相移的图像采集软件，设置包括各次不同的曝光时间、曝光开始和结束的参数在内的曝光时间参数，并通过一个预置在CCD相机内的FPGA去控制相移测量周期、帧同步周期、电光晶体同步周期以及包括曝光开始、结束时间在内的曝光信号周期以驱动CCD驱动电路使CCD芯片逐帧地摄取图像，从而实现通过降低每次相移产生的干涉图中的光强测量误差的标准差来降低起偏器输出的p光的相位误差的标准差。本发明具有提高检测相位误差精度的优点。

Description

变曝光时间成像相移测量相位的方法

技术领域：

本发明属于光学相位测量技术领域，特别涉及变曝光时间成像方法在SPR生物分子相互作用无标记实时阵列相位检测中的应用。

背景技术：

相移技术作为可以从干涉信号中定量获取干涉信号的相位变化信息的有效方法之一，已被广泛地应用于光学检测与计量中。其基本原理是：当两波面相遇发生干涉时，干涉图中一点的光强可表示为：

式中I_i是第i次相移的干涉图中一点的光强，I_a和I_b分别是两束相干光的光强；

是被测相位即干涉图中被测点处的两个波面的相位差；δ_i是可控的附加相位调制项。可控相移v采用步进变化，根据干涉信号的三角函数性质，利用在几个不同的调制相位下探测到的强度值I_i，可解算出被测相位

根据可控相移δ_i的特点，可以分为定步长相移法和等步长相移法。等步长相移法要求可控相位等间距变化，在实用中具有较大的优势，其主要算法有Carre算法、Schwiders算法和Stoilov算法等。

相移技术可以与表面等离子体共振(SPR)传感结合，组成时间相位调制SPR成像检测方法。通过干涉成像，实时、灵敏地获取生物分子相互作用引起的反射光的相位变化，解析出有关生物信息，满足蛋白质组学和药物发现及开发的需要，其传感原理如图1所示。从图中可看到，由激光器1发出的光束，经起偏器2调整p光(TM波)和s光(TE波)之间的光强比后，再通过电光晶体3进行移相调制；调制的光经扩束透镜组4扩束后，透过棱镜5照射到传感芯片的玻璃基底与金膜之间的界面上。如图2所示，当样本中的待测生物分子与固定在传感表面的探针生物分子相互作用时，传感表面的结构就会发生变化，即折射率发生变化，从而使得反射光的光强和相位发生变化。反射光经检偏器6后发生干涉，通过成像透镜7后成像在CCD8的靶面上；与此同时，CCD将采集到的干涉图像数据送入计算机9，解算出相位变化。

由光波和表面等离子波的耦合条件可知，只有p光可以激发SPR，s光不能激发SPR。因此，可以用s光作为参考光，测量p光的相位变化，如图3所示。令s光和p光的相位差为

由检偏器输出的光强I即为：

式中，A_p和A_s分别为p光和s光的振幅，θ为p光和检偏器偏振方向的夹角。上式可写成简化形式：

其中，

I_{a} = A_{p}^{2} \cos^{2} θ + A_{s}^{2} \sin^{2} θ

I_b＝2A_p A_s sinθcosθ。

在p光和s光之间依次引入5个附加相位差-2α、-α、0、α和2α(α＝π/2)，可以根据光强I随调制相位的变化规律解算出相位相应的五步光强为：

式中，I_a和I_b由p光和s光的光强以及检偏器的方向决定，

为测得的相位。用Stoilov算法计算，可得到：

从p光相位

的变化中，可获得折射率变化的信息，解析得到生物分子相互作用的特异性、亲和力以及动力学特性等参数。

根据线性误差理论，相位误差的标准差为：

式中，

为某一个像素点在第i次相移产生的干涉图中的光强测量误差的标准差。

在一个相移周期(采用相移法得到一个相位值的总时间)内，光强噪声、移相的噪声以及CCD成像检测系统的噪声等都会引起解算相位的误差。在时间相位调制SPR成像检测方法中，CCD相机的噪声是相位误差的主要来源。在科学级16位CCD相机中，的典型值在16个AD单位以上。因此，解算得到的相位的误差较大。显然，减小光强误差的标准差

就可以减小相位检测系统的误差。

发明内容：

本发明的目的在于减小光强测量误差的标准差

提高相位检测精度。在时间相位调制SPR成像检测方法中，可以认为每张图片的光强噪声

是一样的，主要由相机噪声决定。

相机系统的信号通路如图5所示。CCD芯片将捕获的光子转换为电压信号，AD转换芯片将之转换为数字信号后送入电脑中进行处理。其中，CCD是电荷积分器件，由其读出的结果不是光强I，而是光量子数Q，两者关系为：

Q＝I×t， (7)

式中t为曝光时间。

如果5张图片的曝光时间相同，则可以直接用光量子数Q(即图像的灰度值)，由下式计算出相位：

如果曝光时间不同，需要将不同的曝光时间代入公式

中，计算得到光强后，再进行相位的解算。

考虑到误差，式(7)写为：

Q_i＝I_i×t_i+N_CCD+N_AD+N_电路 (9)

式中，t_i为曝光时间，N_CCD、N_AD、N_电路分别为CCD芯片、AD转换芯片以及电路带来的噪声，用AD单位表示。

根据线性误差理论，光强误差的标准差为：

现有技术中，每帧图像的曝光时间是相同的。图4为在相同曝光时间下，一个像素点在5张相移干涉图中的灰度值示意图。其中，曝光时间t₄＝t₂，第4张图像的光强标准差为

如果采用变曝光时间成像，将第4张图像的曝光时间延长为第2张图像所用的β(β＝1～10)倍，t₄＝βt₂。根据式(11)，相应的标准差变为原来的

即

采用同样的方法，将每幅图片的曝光时间延长，使其灰度值接近相机AD芯片转换值的最大值，最大限度地减小每幅图像的光强误差的标准差

进而减小相位误差的标准差

本发明的特征在于是一种通过减小每幅图像的光强测量误差的标准差

来减小相位误差的标准差

的方法，i位每幅图像的序号，i＝1，2，3，4，5，

是干涉图中被测点处两束相干光的相位差，I为检偏器输出光的光强，所述方法是在由激光器、起偏器、电光晶体、电光调制电路、扩束透镜组、棱镜、附着的探针分子和待测样品生物分子的玻璃基底、所述检偏器、成像透镜、CCD器件以及计算机共同组成的时间相位调制表面等离子体共振SPR成像检测系统中依次按以下步骤完成的：

步骤(1).所述CCD器件由受控于CCD驱动电路的CCD芯片和A/D模数转换芯片依次串接而成，把所述的A/D模数转换芯片的输出端串接上一个接口芯片的输入端，再把该接口芯片的输出端互连到所述计算机上，同时，在一个FPGA芯片上设置有：五步同步信号、帧同步信号、电光晶体同步信号、像素时钟信号、A/D采样时钟、CCD水平时钟和CCD垂直时钟，其中：

五步同步信号是一个CCD时序信号，标记一个相位测量周期的开始，脉冲宽度tsyn在2us～50us间取值，推荐值为10us；

帧同步信号，共五个，把一个所述的相位测量周期分为五个帧同步间隔，每个帧同步信号标记每张图像的起始采样时间，所述帧同步间隔T在70ms～1500ms间取值，推荐值为150ms，所述帧同步脉冲的宽度的取值范围为2us～50us，推荐值为10us；

电光晶体同步信号，用于同步操作所述电光晶体的相移，相邻两个电光晶体同步信号的间隔为T ms，电光晶体同步信号的脉冲位置是指该电光同步脉冲滞后于对应序号的帧同步信号的位置，取值范围为100us～250us，推荐值为200us，该电光晶体同步脉冲的宽度的取值范围为10us～200us，推荐值为50us，然后，把所述FPGA芯片的CCD水平时钟、CCD垂直时钟、五步同步信号、帧同步信号还有曝光信号的各个输出端分别连接到所述CCD驱动电路的相对应的输入端上，把所述FPGA的A/D采样时钟输出端连接到所述A/D模数转换芯片的输入端上，同时还要把所述五步同步信号、帧同步信号和像素时钟信号的输出端连接到所述接口芯片相对应的输入端上；

步骤(2).初始化所述计算机，设置图像采集软件和以下参数：包括五个曝光时间(t1，t2，t3，t4，t5)、曝光开始信号脉冲宽度、曝光结束信号脉冲宽度、曝光结束信号脉冲位置在内的八个曝光时间参数以及所述A/D模数转换芯片寄存器配置参数，其中：

第一曝光时间t1，取值范围为1us～(T-500)us，推荐值为1430us；

第二曝光时间t2，取值范围为1us～(T-500)us，推荐值为1000us；

第三曝光时间t3，取值范围为1us～(T-500)us，推荐值为1570us；

第四曝光时间t4，取值范围为1us～(T-500)us，推荐值为2000us；

第五曝光时间t5，取值范围为1us～(T-500)us，推荐值为1720us；

所述各曝光时间的最小值与最大值之间相差β倍，β在1～2间取值；

曝光开始信号的脉冲宽度的取值范围为10us～50us，推荐值为25us；

曝光结束信号的脉冲宽度的取值范围为10us～50us，推荐值为25us；

曝光结束信号t_{exp_pos}脉冲位置，是指每从曝光信号的上升沿与对应的下一个帧同步信号的脉冲上升沿之间的时间间隔，在100us～250us间取值，推荐值为200us，在同一帧内，曝光开始信号的上升沿与曝光结束信号的上升沿之间的时间间隔为曝光时间；

在所述计算机中还设有电光调制所需的驱动电压以及用于改变所述偏振器输出的p光和s光之间相应的附加相位差，共五个，顺次的对应于所述五次曝光时间，依次为-2α、-α、0、α和2α，α＝π/2；

步骤(3).所述电光调制电路控制所述电光晶体以用于对从所述起偏器输出的已经调整了光强比的p光和s光进行的相位调制，该电光调制电路由单片机、D/A数模转换芯片和高压调制器依次串联而成，该高压调制器的输出去控制所述电光晶体，该单片机的输入是所述电光晶体同步信号，该单片机同时又与所述计算机互联；

步骤(4).依次按以下步骤进行所述的变曝光时间成像的相移测量相位的方法：

步骤(4.1).启动所述图像采集软件：所述计算机把所述曝光时间参数以及A/D模数转换芯片的寄存器配置参数传递给所述FPGA芯片，把所述的电光调制的驱动电压值传递给所述单片机，所述FPGA芯片把所述CCD水平时钟、CCD垂直时钟、所述各个曝光时间的推荐值、五步同步信号推荐值以及帧同步信号推荐值送入所述CCD驱动电路，同时把所述A/D模数转换芯片的A/D采样时钟送入所述A/D模数转换芯片，把所述五步同步信号、帧同步信号以及像素时钟信号传递给所述接口芯片，把所述电光晶体同步信号传递给所述单片机；

步骤(4.2).所述激光器发出的光束经所述起偏器调整所述p光和s光之间的光强后，进入电光晶体；

步骤(4.3).所述单片机收到所述电光晶体同步信号后，改变所述D/A数模转换芯片的输出电压，经所述高压调制器调制后，按所述驱动电压驱动所述电光晶体，进行相位调制，调制后的光经所述扩束透镜组扩束后，透过所述棱镜照射到传感芯片的所述玻璃基底与金膜之间的传感界面上，在生物分子相互作用下，该反射光的相位发生变化，所述反射光依次经过所述检偏器和成像透镜后把所述传感表面成像在所述CCD芯片的靶面上，再经过所述接口芯片到所述计算机；

步骤(4.4).所述计算机按下式计算所述p光相位

的相位误差标准差

步骤(4.4.1).

其中：

I₁为第一次曝光后所述检偏器输出的光强，以下类推：

I_{a} = A_{p}^{2} \cos^{2} θ + A_{s}^{2} \sin^{2} θ

I_b＝2A_p A_s sinθcosθ

A_p和A_s分别为所述p光和s光的振幅，θ为所述p光和检偏器偏振方向的夹角；

步骤(4.4.2).

其中，

为某一个像素点在第i次相移产生的干涉图中的光强测量误差的标准差；

式中，t_i为曝光时间，N_CCD、N_AD、N_电路分别为CCD芯片、AD转换芯片以及电路带来的噪声，用AD单位表示，N_CCD、N_电路由相机实测噪声给出，为AD芯片转换值最大值的0.5％，N_AD由AD转换芯片的噪声参数给出，为AD芯片转换值最大值的0.3％；

当

时，则满足系统检测精度要求，

表示精度指标，为0.05°；

在步骤(4)之前，有一个人机交互设置图像采集的曝光时间的步骤：

根据采集的5张图像的测量区域的平均灰度值g_i0，i＝1，2，3，4，5以及曝光时间t_i0，i＝1，2，3，4，5重新设置曝光时间g_i目标，i＝1，2，3，4，5为平均的目标灰度值，为CCD相机中A/D模数转换芯片最大转换值的80％以上，用所述计算机图像采集软件判断所述5张图像的测量区域的平均灰度值g_i1，i＝1，2，3，4，5是否已经达到g_i目标以上而且小于A/D模数转换芯片最大转换值，若满足要求，则曝光时间设置完毕，否则，重复这一步骤。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

①通过调整CCD相机的曝光时间可以提高每幅图像的信噪比，降低光强测量误差的标准差，进而减小相位测量误差。②本发明适合于每张图片的对比度不大的场合，特别适用于时间相位调制SPR成像测量方法。③本发明也适用于其它定步长相移法和等步长相移法，同样能进一步提高相位解算的精度。

附图说明

图1为时间相位调制SPR成像检测系统的光路示意图。

图2为SPR传感生物分子相互作用的原理图。

图3为p光和s光的振动状态的示意图。

图4为一个像素点在5张相移干涉图中的灰度值的示意图。

图5为CCD相机的电路信号通路框图。

图6为电光调制电路的信号通路框图。

图7计算机控制电光调制电路和CCD相机图像采集的流程图

图8为相机中用FPGA芯片实现的变曝光时间的控制时序图。

图中：1-激光器；2-起偏器；3-电光晶体；4-扩束透镜组；5-棱镜；6-检偏器；7-成像透镜；8-CCD；9-计算机；10-电光调制电路；11-隐矢场；12-金膜；13-棱镜；14-待测样品分子；15-探针分子；16-玻璃基底。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明提供的变曝光时间成像相移方法及其在SPR生物分子相互作用检测中的应用加以说明。

实验中，需要对一个相移周期的5张干涉图像设置5个不同的曝光时间，连续采集图像并解算相位。可是，现有的商用CCD相机没有在连续采集中周期性地改变5种不同曝光时间的功能，因而不适用。采用本发明研制的CCD相机，能实现上述功能，满足SPR生物分子相互作用检测的要求。相机中的FPGA芯片作为时序发生器，产生CCD驱动时序信号，可根据不同检测对象，设置不同的曝光时间，并与电光晶体的相移同步操作。

具体检测步骤如下：

1)如图1所示，调整机械和光学系统，使传感表面成像在CCD芯片上。

具体如下，由激光器1发出的光束，经起偏器2调整p光和s光之间的光强，之后通过电光晶体3，相位被调制。调制的光经扩束透镜组4扩束后，透过棱镜5照射到传感芯片的玻璃基底与金膜之间的传感界面上；当生物分子相互作用时，传感界面的结构就会发生变化，即折射率发生变化，从而使得反射光的相位发生变化。从传感界面反射的光经检偏器6干涉后，通过成像透镜7将传感表面成像在CCD8的靶面上。

2)人机交互设置图像采集的曝光时间。

方法如下，计算机打开图像采集软件，先预设五个曝光时间t_i0(i＝1，2，3，4，5)，启动图像采集。相机中的FPGA芯片产生五步同步信号，标记一个相移周期的开始；FPGA产生帧同步信号，并产生电光晶体同步信号给电光调制电路，产生电光晶体所需的驱动电压，在p光和s光间引入附加的相位差；之后CCD芯片曝光并传输图像到计算机。在一个相移周期中，有5个不同的曝光时间，采集5张图像。根据采集到5张图像的测量区域的平均灰度值g_i0(i＝1，2，3，4，5)，重新设置五个曝光时间

其中灰度值g_i目标为相机A/D芯片转换值最大值的80％以上。再次启动图像采集，然后查看5张图像测量区域的平均灰度值g_i1(i＝1，2，3，4，5)是否已经达到g_目标以上而且小于A/D芯片转换值最大值。如果满足要求，曝光时间设置完毕，如果不满足，则需要重复上面的思路方法设置曝光时间，直至最终达到要求。

3)生物实验开始，计算机控制CCD8的图像采集和电光调制电路10对电光晶体3的相位调制，保证所采集到的图像与光的相位调制对应。

过程如下，计算机软件启动图像采集，相机中的FPGA芯片产生五步同步信号，标记一个相移周期的开始；FPGA产生帧同步信号，并产生电光晶体同步信号给电光调制电路，产生电光晶体所需的驱动电压，改变p光和s光间的附加相位差；之后CCD芯片曝光并传输图像到计算机，在一个相移周期中，有5个不同的曝光时间，采集5张图像；重复一个相移周期的采集过程直到检测过程结束。

4)计算机9将CCD将采集到的图像数据进行处理和分析，解算出相位信息，进而解析得到生物分子相互作用的相关信息。

在时间相位调制SPR成像检测系统中(图1)，CCD8的信号通路框图如图5所示，图中粗箭头表示的是信息流方向，细箭头表示的是控制信号方向。图像传感器CCD芯片将入射的光信号转换为电信号，再经A/D转换成数字信号。接着，该数字信号通过接口芯片传输到计算机，进行处理或存盘。计算机通过接口芯片，将曝光时间参数、A/D芯片寄存器配置参数传递给FPGA芯片，后者分别配置CCD芯片和A/D芯片。FPGA芯片产生CCD水平、垂直时钟、曝光信号、五步同步和帧同步信号给CCD驱动电路，进行电压变换和功率放大后驱动CCD芯片。同时，FPGA芯片产生A/D采样时钟，控制A/D模数转换芯片，并产生五步同步、帧同步、像素时钟信号给接口芯片，控制同步采集过程。

电光调制电路10的信号通路框图如图6所示，单片机接收到CCD相机中FPGA芯片发出的电光晶体同步信号后，改变数模转换器的输出电压，经高压调制器调制后驱动电光晶体。计算机与单片机之间采用串口通信方式，可通过软件来设定电光调制所需的驱动电压。

CCD相机中FPGA芯片产生的调制时序如图8所示，参数设置如表1所示。每个五步同步信号都标记着所对应的相位测量周期的开始；帧同步信号用于标记每张图像采集的开始；电光晶体同步信号用来同步操作电光晶体的相移；曝光开始和曝光结束信号用来控制图像的曝光时间。曝光结束信号不能改变，曝光开始信号可以改变。设置5张图像的不同曝光时间的开始位置，即可实现变曝光时间成像。调整每张图片的曝光时间t1～t5，使图片测量区域的灰度值达到相机AD芯片转换值的最大值的80％以上，就可以大限度地减小每幅图像的光强误差的标准差

进而减小相位误差的标准差

图7是计算机控制CCD8的图像采集和电光调制电路10的流程图。

表1是用FPGA芯片实现的变曝光时间的控制时序图参数。

符号	描述	最小值	典型值	最大值	单位
						T	帧间隔	70	150	1500	ms
tsyn	五步同步信号脉冲宽度	2	10	50	us
						tfrm	帧同步脉冲宽度	2	10	50	us
teosyn	电光晶体同步脉冲宽度	10	50	200	us

tsyn_pos	电光晶体同步脉冲位置	100	200	250	us
						tstart	曝光开始信号脉冲宽度	10	25	50	us
tend	曝光结束信号脉冲宽度	10	25	50	us
						texp_pos	曝光结束信号脉冲位置	100	200	250	us
t1	曝光时间	1	1430	T-500	us
						t2	曝光时间	1	1000	T-500	us
t3	曝光时间	1	1570	T-500	us
						t4	曝光时间	1	2000	T-500	us
t5	曝光时间	1	1720	T-500	us

表1

Claims

1.变曝光时间成像相移测量相位的方法，其特征在于是一种通过减小每幅图像的光强测量误差的标准差

来减小相位误差的标准差

的方法，i为每幅图像的序号，i＝1，2，3，4，5，

是干涉图中被测点处两束相干光的相位差，I为检偏器输出光的光强，所述方法是在由激光器、起偏器、电光晶体、电光调制电路、扩束透镜组、棱镜、附着探针分子和待测样品生物分子的玻璃基底、所述检偏器、成像透镜、CCD器件以及计算机共同组成的时间相位调制表面等离子体共振SPR成像检测系统中依次按以下步骤完成的：

步骤(1).所述CCD器件由受控于CCD驱动电路的CCD芯片和A/D模数转换芯片依次串接而成，把所述的A/D模数转换芯片的输出端串接上一个接口芯片的输入端，再把该接口芯片的输出端互连到所述计算机上，同时，在一个FPGA芯片上设置有五步同步信号、帧同步信号、电光晶体同步信号、像素时钟信号、A/D采样时钟、CCD水平时钟和CCD垂直时钟，其中：

五步同步信号是一个CCD时序信号，标记一个相位测量周期的开始，脉冲宽度t_syn在2us～50us间取值；

帧同步信号，共五个，把一个所述的相位测量周期分为五个帧同步间隔，每个帧同步信号标记每张图像的起始采样时间，所述帧同步间隔T在70ms～1500ms间取值，所述帧同步脉冲的宽度的取值范围为2us～50us；

电光晶体同步信号，用于同步操作所述电光晶体的相移，相邻两个电光晶体同步信号的间隔为T ms，电光晶体同步信号的脉冲位置是指该电光同步脉冲滞后于对应序号的帧同步信号的位置，取值范围为100us～250us，该电光晶体同步脉冲的宽度的取值范围为10us～200us，然后，把所述FPGA芯片的CCD水平时钟、CCD垂直时钟、五步同步信号、帧同步信号还有曝光信号的各个输出端分别连接到所述CCD驱动电路相对应的输入端上，把所述FPGA的A/D采样时钟输出端连接到所述A/D模数转换芯片的输入端上，同时还要把所述五步同步信号、帧同步信号和像素时钟信号的输出端连接到所述接口芯片相对应的输入端上；

步骤(2).初始化所述计算机，设置图像采集软件和以下参数：包括五个曝光时间t1、t2、t3、t4、t5、曝光开始信号脉冲宽度、曝光结束信号脉冲宽度、曝光结束信号脉冲位置在内的八个曝光时间参数以及所述A/D模数转换芯片寄存器配置参数，其中：

第一曝光时间t1，取值范围为1us～(T-500)us；

第二曝光时间t2，取值范围为1us～(T-500)us；

第三曝光时间t3，取值范围为1us～(T-500)us；

第四曝光时间t4，取值范围为1us～(T-500)us；

第五曝光时间t5，取值范围为1us～(T-500)us；

曝光开始信号的脉冲宽度的取值范围为10us～50us；

曝光结束信号的脉冲宽度的取值范围为10us～50us；

曝光结束信号t_{exp_pos}脉冲位置，是指从曝光信号的上升沿与对应的下一个帧同步信号的脉冲上升沿之间的时间间隔，在100us～250us间取值，在同一帧内，曝光开始信号的上升沿与曝光结束信号的上升沿之间的时间间隔为曝光时间；

在所述计算机中还设有电光调制所需的驱动电压值以及用于改变所述偏振器输出的p光和s光之间相应的附加相位差，共五个，顺次的对应于所述五次曝光时间，依次为-2α、-α、0、α和2α，α＝π/2；

步骤(4.1).启动所述图像采集软件：所述计算机把所述曝光时间参数以及A/D模数转换芯片的寄存器配置参数传递给所述FPGA芯片，把所述的电光调制的驱动电压值传递给所述单片机，所述FPGA芯片把所述CCD水平时钟、CCD垂直时钟、所述各个曝光时间值、五步同步信号以及帧同步信号送入所述CCD驱动电路，同时把所述A/D模数转换芯片的A/D采样时钟送入所述A/D模数转换芯片，把所述五步同步信号、帧同步信号以及像素时钟信号传递给所述接口芯片，把所述电光晶体同步信号传递给所述单片机；

步骤(4.4).所述计算机按下式计算所述p光相位

的相位误差标准差

步骤(4.4.1).

其中：

I1为第一次曝光后所述检偏器输出的光强，以下类推：

I_b＝2A_pA_ssinθcosθ

步骤(4.4.2)

其中，

式中，t_i为曝光时间，N_CCD、N_AD、N_电路路分别为CCD芯片、AD转换芯片以及电路带来的噪声，用AD单位表示，N_CCD、N_电路由相机实测噪声给出，为AD芯片转换值最大值的0.5％，N_AD由AD转换芯片的噪声参数给出，为AD芯片转换值最大值的0.3％；

当时，则满足系统检测精度要求，

表示精度指标，为0.05°。

2.根据权利要求1所述的变曝光时间成像相移测量相位的方法，其特征在于，在步骤(4)之前，有一个人机交互设置图像采集的曝光时间的步骤：

根据采集的5张图像的测量区域的平均灰度值g_i0，i＝1，2，3，4，5以及曝光时间 t_i0，i＝1，2，3，4，5重新设置曝光时间 i＝1，2，3，4，5，g_i目标为平均的目标灰度值，为CCD相机中A/D模数转换芯片最大转换值的80％以上，用所述计算机图像采集软件判断所述5张图像的测量区域的平均灰度值g_i1，i＝1，2，3，4，5是否已经达到g_i目标以上而且小于A/D模数转换芯片最大转换值，若满足要求，则曝光时间设置完毕，否则，重复这一步骤。