CN110243289A - 一种实时云纹干涉图高速相位提取系统及提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，包括相位测量系统和控制模块，所述测量系统包括激光器、分光耦合器、相移器、隔振平台、底座、平移台、多维调节加载架、试件放置台、云纹干涉光路结构、可调节支杆、图像采集模块；所述控制模块与图像采集模块电连接；激光器、分光耦合器、相移器、底座设置于所述隔振平台上，平移台设置于底座上，多维调节加载架设置于平移台上，试件放置台设置于多维调节加载架上，激光器通过分光耦合器与云纹干涉光路结构连接，云纹干涉光路结构设置于试件放置台的上方空间；移相器与试件放置台连接；激光器发出的光经过云纹干涉光路结构后照射到待测试件表面，由待测试件反射至图像采集模块中。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种实时云纹干涉图高速相位提取系统及提取方法。
背景技术
在现代光测技术中，云纹干涉法是一种非接触式测量面内位移和应变场的方法，常制作或复制高灵敏度云纹光栅，以作为试件表面变形的传感载体进行测试。对于云纹干涉图的相位提取是光学测量中数字化处理的重要环节，采用相移干涉技术进行相位提取，不需要进行条纹中心定位和条纹级数确定，可直接得到云纹干涉图上各点的相位分布，该技术以其高精度、高重复性等优势，被广泛应用于复合材料残余应力测量、物体表面形变的测量、光学元件表面测量等光学测量领域。传统的相位提取技术多采用通用处理器或专用DSP芯片实现，原理较复杂、稳定性较差，且不能满足高精度大容量数据高速处理的要求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种实时云纹干涉图高速相位提取系统及提取方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，该提取系统包括相位测量系统和控制模块10，所述测量系统包括激光器2、分光耦合器3、相移器4、隔振平台1、底座15、平移台16、多维调节加载架17、试件放置台5、云纹干涉光路结构6、可调节支杆7和图像采集模块8；所述控制模块与所述图像采集模块电连接；
所述激光器2、分光耦合器3、相移器4、底座15设置于所述隔振平台1上，所述平移台16设置于底座上，所述多维调节加载架17设置于平移台上，所述试件放置台5设置于多维调节加载架17上，所述激光器2通过所述分光耦合器3与所述云纹干涉光路结构6连接，所述云纹干涉光路结构6设置于所述试件放置台5的上方空间；所述移相器4与所述试件放置台5连接；
激光器2发出的光经过云纹干涉光路结构后照射到待测试件表面，由待测试件反射至图像采集模块8中。
可选地，所述云纹干涉光路结构6包括光纤分光器60、场镜61、第一反射镜62、第二反射镜63、第三发射镜64、第四反射镜65、第一激光耦合器66、第二激光耦合器67、第一准直镜68、第二准直镜69，
所述光纤分光器60将激光发射器发射的光分成两路，其中一路光依次经所述第一激光耦合器66、第四反射镜65、第二准直镜69、第二反射镜63照射到所述待测试件18表面；另一路光依次依次经所述第二激光耦合器67、第一反射镜62、第一准直镜68、第三反射镜64照射到所述待测试件18表面上。
可选地，所述图像采集模块为COMS相机。
可选地，所述控制模块为FPGA。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种实时云纹干涉图高速相位提取方法，包括：
放置待测试件于云纹干涉光路结构的测试位置，对待测试件进行测试；
通过相移器实现相移操作，控制四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2；
由FPGA控制CMOS相机，捕获对应四次相移的四幅云纹干涉图，并对云纹干涉图像进行数字化处理；
所采集到的四幅云纹干涉图，其对应的四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2，则其对应的光强分布分别可表示为：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)]
I2(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π/2]
I3(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π]
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+3π/2]
其中A(x,y)表示云纹干涉图的背景光强，B(x,y)表示云纹干涉图的调制光强，I1表示CMOS相机采集的第一幅云纹干涉图光强，I2表示CMOS相机采集的第二幅云纹干涉图相移π/2的光强，I3表示CMOS相机采集的第三幅云纹干涉图相移π的光强，I4表示CMOS相机采集的第四幅云纹干涉图相移3π/2的光强；
对采集到的数字云纹干涉图进行预处理；
用四步相移算法，对预处理后的四幅云纹干涉图的强度分布表达式联立求解，得云纹干涉条纹图的相位分布，
其中φ(x,y)的取值范围为[0,2π]，反正切函数的取值范围为[-π/2,π/2]；
根据CORDIC算法实现反正切运算，最终求解出相位。
可选地，采用定点运算的方式来实现四步相移算法。
可选地，采用定点运算的方式实现CORDIC算法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，该提取系统包括干涉条纹采集模块、图像预处理模块、四步相移算法模块和CORDIC相位计算模块；
所述干涉条纹采集模块，用于在相移器的相移操作下，采集云纹干涉图；
所采集到的四幅云纹干涉图，其对应的四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2，则其对应的光强分布分别可表示为：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)]
I2(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π/2]
I3(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π]
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+3π/2]
其中A(x,y)表示云纹干涉图的背景光强，B(x,y)表示云纹干涉图的调制光强，I1表示CMOS相机采集的第一幅云纹干涉图光强，I2表示CMOS相机采集的第二幅云纹干涉图相移π/2的光强，I3表示CMOS相机采集的第三幅云纹干涉图相移π的光强，I4表示CMOS相机采集的第四幅云纹干涉图相移3π/2的光强；
所述图像预处理模块，用于对所述云纹干涉图进行预处理，包括云纹干涉图像滤波降噪、图像截取、灰度转化；
所述四步相移算法模块，用于对预处理后的四幅云纹干涉图的强度分布表达式联立求解，得云纹干涉条纹图的相位分布；
其中φ(x,y)的取值范围为[0,2π]，反正切函数的取值范围为[-π/2,π/2]；
所述CORDIC相位计算模块，用于根据CORDIC算法实现反正切运算，最终求解出相位。
如上所述，本发明的一种实时云纹干涉图高速相提取系统及提取方法，具有以下有益效果：
本发明利用FPGA控制CMOS数字图像传感器采集云纹干涉图，并对图像进行预处理及缓存，解决了传统干涉图像采集利用工业摄像头采集通过USB接口传输至计算机，传输速度较慢、且整个系统体积较大，不易移动的问题。
采用四步相移算法，利用FPGA完成云纹干涉图相位的提取，大大缩短了云纹干涉图相位提取的时间，解决了实时云纹干涉图相位提取的问题，并且可满足大量数据高速处理的需求。
在FPGA中，采用了定点运算的方式对四步相移算法进行实现，相比浮点运算大大减少了硬件资源的利用。根据CORDIC算法，提出了一种具有流水线结构的反正切函数运算实现方法，将反正切运算分解为简单的移位和加减运算，降低了设计的复杂性，解决了四步相移算法在FPGA中反正切函数运算的问题。
附图说明
为了进一步阐述本发明所描述的内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。
图1为本发明实施例所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取系统的示意图；
图2为本发明实施例所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取方法的流程图；
图3为本发明一种实时云纹干涉图相位提取系统的示意图；
图4为本发明基于CORDIC算法的相位计算模块硬件结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种实时云纹干涉图高速相位测量系统，该测量系统包括激光器2、分光耦合器3、相移器4、隔振平台1、底座15、平移台16、多维调节加载架17、试件放置台5、云纹干涉光路结构6、可调节支杆7和图像采集模块8；
所述激光器2、分光耦合器3、相移器4、底座15设置于所述隔振平台1上，所述平移台16设置于底座上，所述多维调节加载架17设置于平移台上，所述试件放置台5设置于多维调节加载架17上，所述激光器2通过所述分光耦合器3与所述云纹干涉光路结构6连接，所述云纹干涉光路结构6设置于所述试件放置台5的上方空间；所述移相器4与所述试件放置台5连接；
激光器2发出的光经过云纹干涉光路结构后照射到待测试件表面，由待测试件反射至图像采集模块8中。
所述平移台采用Zolix TSM125D-1S型平移台，通过其标准安装孔安装于所述底座之上，并与多维调节加载架进行组合，以实现手动位置粗调整。
所述多维调节载架，用来和平移台进行配合调节，达到使待测试件表面的光栅的法线方向恰好平分两束准直光的夹角。
所述可调节支杆用于调节CMOS相机的升降和左右旋转，以控制CMOS相机与云纹干涉光路结构、待测试件之间的距离，使得CMOS相机可调节在最佳位置(使光斑和试件栅居显示器中央位置)进行云纹干涉图像的采集，此部分调节作用也可通过移动所述试件放置平台上的试件实现。
所述分光耦合器主要用来实现激光耦合，调节所述激光器的分光耦合器，将激光引入进光纤，使得光纤的出光达到最强。
所述准直镜应用于此处的光束传递中，用来维持激光谐振腔和聚焦光学元件之间的光束的准直性。
所述反射镜用来反射和调节衍射光的光点重合、参考位置对准情况，其外侧均有两个调节旋钮可以用来调整位置。
所述光栅采用云纹干涉法需制作或复制高灵敏度的云纹光栅，作为试件表面变形的传感载体进行测试，测试前，采用光栅复制法制作好高质量、高灵敏度的试件栅。
所述待测试件栅是制作在待测试件上的，已制备在试件表面的高频光栅会随着试件的变形而变形。当两束准直光以不同的角度照射在试件上时，由光栅产生的衍射波形成干涉，得到含有物体表面信息的云纹干涉条纹图。
于本实施例中，所述激光器采用20mW半导体泵浦激光器。所述平移台采用ZolixTSM125D-1S型平移台，所述隔振平台采用整体焊接气浮型隔振光学平台平台。
所述相移器采用连续可调式光学相移器。
所述CMOS相机采用友晶科技的D8M-GPIO 800万像素数位相机套件，该套件具有2x20pin GPIO连接口，是Altera DE系列开发板的标准扩充接口。另外，套件内包含MIPICamera Module和MIPI decoder。所述MIPI Camera module撷取图像后输出MIPI图像讯号封包，再经所述MIPI decoder转换成10-bits parallel的bayer pattern，最终由2x20pinGPIO connector输出。所述MIPI Camera Module内建了控制焦距的音圈马达(Voice CoilMotor；VCM)，可通过I2C协议来控制相机的对焦距离，操作简单易用。
所述云纹干涉光路结构6包括光纤分光器60、场镜61、第一反射镜62、第二反射镜63、第三发射镜64、第四反射镜65、第一激光耦合器66、第二激光耦合器67、第一准直镜68、第二准直镜69，
所述光纤分光器60将激光发射器发射的光分成两路，其中一路光依次经所述第一激光耦合器66、第四反射镜65、第二准直镜69、第二反射镜63照射到所述待测试件18表面；另一路光依次依次经所述第二激光耦合器67、第一反射镜62、第一准直镜68、第三反射镜64照射到所述待测试件18表面上，再由待测试件反射至场镜，经场镜进入到图像采集模块。待测试件的表面上设置有光栅(图中未示出)。
所述第一激光耦合器66、第二激光耦合器67、第一反射镜62、、第二反射镜63、第三反射镜64、第四反射镜65、第一准直镜68、第二准直镜69采用一体化结构。
激光器产生激光束会通过光纤分光器，再经激光耦合器、准直镜分别投射到反射镜上，调节对应的一组反射镜(即第一反射镜与第三反射镜为一组，第二反射镜与第四反射镜为一组)，就可使两束准直光投射到待测试件栅上。
所述待测试件采用光栅复制法制作高质量、高灵敏度的试件栅。
所述多维调节加载架用来调节，使试件栅的法线方向恰好平分两束准直光的夹角。
所述云纹干涉光路结构中光路系统调好之后，通过所述相移器实现相移，CMOS相机实时采集测试试件对应位移的云纹干涉条纹图。
可选地，该提取系统还包括显示模块11，与所述控制模块连接。
可选地，所述显示模块为液晶显示屏。
可选地，所述控制模块为FPGA。
可选地，所述图像采集模块与所述FPGA通过IDC软扁平电缆连接。
可选地，所述显示模块与所述FPGA通过HDMI转VGA信号转接线连接。
所述40-pin IDC软扁平电缆用来连接D8M-GPIO 800万像素数位相机套件和FPGA硬件部分。
所述HDMI转VGA信号转接线用来实现FPGA硬件与显示屏的连接。
所述FPGA硬件部分采用Altera DE2-115开发板实现。
所述云纹干涉图由激光器产生激光，激光经云纹干涉光学系统光路照射到待测试件的表面，再由待测试件进行反射，聚焦在CMOS相机上，从而通过CMOS相机输出云纹干涉条纹信息给FPGA。随后，FPGA对干涉条纹数据进行滤波降噪等预处理，由FPGA实现对云纹干涉条纹相位的提取，并可将结果显示在显示屏上。所述FPGA硬件部分采用Altera DE2-115开发板实现。
如图2所示，本发明还提供一种实时云纹干涉图高速相位提取方法，包括以下步骤：
步骤1：放置待测试件于云纹干涉仪光学系统的测试位置，对待测试件进行测试。由于云纹干涉法需要制作或复制高灵敏度云纹光栅，以作为试件表面变形的传感载体进行测试，在测试前，采用光栅复制法已制作好高质量、高灵敏度的试件栅。
步骤2：依据云纹干涉系统原理，通过相移器实现相移操作，实现四步相移，控制四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2(相移增量为π/2)。为消除系统误差，在相移前需要对PZT进行标定，并利用反馈控制装置以保证相移的精度。
步骤3：由FPGA控制CMOS相机，捕获步骤2中对应相移的四幅云纹干涉图，并对同一试样采集到的云纹干涉图像进行数字化处理，实现对应相移的云纹干涉图像的实时采集和保存。
所采集到的四幅云纹干涉图，其对应的四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2，则其对应的光强分布分别可表示为：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)]
I2(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π/2]
I3(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π]
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+3π/2]
其中A(x,y)表示云纹干涉图的背景光强，B(x,y)表示云纹干涉图的调制光强，I1表示CMOS相机采集的第一幅云纹干涉图光强，I2表示CMOS相机采集的第二幅云纹干涉图相移π/2的光强，I3表示CMOS相机采集的第三幅云纹干涉图相移π的光强，I4表示CMOS相机采集的第四幅云纹干涉图相移3π/2的光强；
步骤4：对步骤3中采集到的数字云纹干涉图像进行预处理，对所采集的云纹干涉图进行图像类型转化、数据类型转换处理。另外，由于云纹干涉仪光学系统质量、试件工作环境、光栅复制质量等因素的影响，需要对采集的云纹干涉图像进行滤波降噪、图像截取、灰度转化等处理。
步骤5：依据四步相移算法原理，对步骤3中采集到的四幅云纹干涉图，在FPGA中进行减法运算和除法运算。对于相同的运算，浮点运算方式要比定点运算方式复杂很多，且会占用大量的资源，因此采用定点运算的方式来实现四步相移算法。
用四步相移算法，对步骤4中所述的四幅云纹干涉图的强度分布表达式联立求解，得云纹干涉条纹图的相位分布为：
其中φ(x,y)的取值范围为[0,2π]，而反正切函数的取值范围为[-π/2,π/2]，则可通过分子分母各自的正负号判定φ(x,y)所在象限。
步骤6：在步骤5的基础上，根据CORDIC算法实现反正切运算，最终求解出相位。同样的，在FPGA中，采用定点运算的方式实现CORDIC算法。
所述CORDIC算法是一种迭代逼近算法，基本思想是通过一组确定的微小角度的不断摆偏来逼近所求的旋转角度，且要求这一组数据与迭代次数相关。
具体的，采用CORDIC算法圆周系统下的向量模式进行反正切函数运算，根据输入的向量计算对应的反正切值。在硬件电路中，CORDIC算法的相位计算模块中输入X0等于I1-I3，Y0等于I4-I2，再经预处理初始化进入CORDIC迭代运算，再后处理后即可得到输出相位。
本发明为了满足数据实时计算的需求，CORDIC内部结构是采用多级流水线结构处理，该结构在处理数据的同时，还能继续输入后续数据，并处理后续数据，提高了数据吞吐率。
如图3所示，本发明还提供一种实时云纹干涉图相位提取系统，包括I2C匹配模块、干涉条纹采集模块、图像预处理模块、帧存储器、四步相移算法模块、按键调整控制模块、缓存器、HDMI输出模块、结果显示模块和CORDIC相位计算模块；
所述I2C匹配模块是FPGA通过I2C总线协议与CMOS相机进行初始化配置，并在I2C总线与CMOS相机的数据通信后，配置CMOS相机控制寄存器。
所述干涉条纹采集模块用于在相移器的相移操作下，采集云纹干涉图；
所述图像预处理模块，用于对所述云纹干涉图进行预处理，包括云纹干涉图像滤波降噪、图像截取、灰度转化等处理。
所述帧存储器是对CMOS相机采集图像进行抽帧缓存处理，对图像缩放因子、抽帧系数等关键参数使用Verilog HDL语言中的`define语法进行宏定义。
所述四步相移算法模块包括在FPGA实现减法运算、除法运算、反正切运算。所述反正切运算根据基于CORDIC算法的相位计算模块实现。
如图4所示，所述CORDIC相位计算模块，用于根据CORDIC算法实现反正切运算，最终求解出相位，包括预处理模块、CORDIC迭代运算模块、后处理三个模块。所述预处理用来实现输入寄存、数据转换、数据格式化；所述CORDIC迭代运算模块用来实现缩减硬件资源后的CORDIC圆周系统下的向量模式旋转迭代运算；所述后处理模块包含象限恢复、输出舍入、输出寄存操作，是预处理的逆向过程。
所述按键调整控制模块用来手动调节图像采集过程中的焦距。
所述HDMI输出模块和结果显示模块是用来实现云纹干涉图高速相位提取结果的显示。
在本发明中采用定点运算方式对四步相移算法进行实现，相比浮点运算降低了设计的复杂性，减少了硬件资源的利用。解决了四步相移算法在FPGA中实现云纹干涉图相位提取的问题完成云纹干涉图相位的提取，缩短了云纹干涉图相位提取的时间，满足了实时云纹干涉图相位提取大量数据高速处理的需求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，其特征在于，该提取系统包括相位测量系统和控制模块(10)，所述测量系统包括激光器(2)、分光耦合器(3)、相移器(4)、隔振平台(1)、底座(15)、平移台(16)、多维调节加载架(17)、试件放置台(5)、云纹干涉光路结构(6)、可调节支杆(7)和图像采集模块(8)；所述控制模块与所述图像采集模块电连接；
所述激光器(2)、分光耦合器(3)、相移器(4)、底座(15)设置于所述隔振平台(1)上，所述平移台(16)设置于底座上，所述多维调节加载架(17)设置于平移台上，所述试件放置台(5)设置于多维调节加载架(17)上，所述激光器(2)通过所述分光耦合器(3)与所述云纹干涉光路结构(6)连接，所述云纹干涉光路结构(6)设置于所述试件放置台(5)的上方空间；所述移相器(4)与所述试件放置台(5)连接；
激光器(2)发出的光经过云纹干涉光路结构后照射到待测试件表面，由待测试件反射至图像采集模块(8)中。
2.根据权利要求1所述的一种实时云纹干涉图高速相位测量系统，其特征在于，所述云纹干涉光路结构(6)包括光纤分光器(60)、场镜(61)、第一反射镜(62)、第二反射镜(63)、第三发射镜(64)、第四反射镜(65)、第一激光耦合器(66)、第二激光耦合器(67)、第一准直镜(68)、第二准直镜(69)，
所述光纤分光器(60)将激光发射器发射的光分成两路，其中一路光依次经所述第一激光耦合器(66)、第四反射镜(65)、第二准直镜(69)、第二反射镜(63)照射到所述待测试件(18)表面；另一路光依次依次经所述第二激光耦合器(67)、第一反射镜(62)、第一准直镜(68)、第三反射镜(64)照射到所述待测试件(18)表面上。
3.根据权利要求1或2所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，其特征在于，所述图像采集模块为COMS相机。
4.根据权利要求1所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，其特征在于，所述控制模块为FPGA。
5.一种采用如权利要求4所述的实时云纹干涉图高速相位提取系统进行相位提取的方法，其特征在于，包括：
放置待测试件于云纹干涉光路结构的测试位置，对待测试件进行测试；
通过相移器实现相移操作，控制四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2；
由FPGA控制CMOS相机，捕获对应四次相移的四幅云纹干涉图，并对云纹干涉图像进行数字化处理；
所采集到的四幅云纹干涉图，其对应的四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2，则其对应的光强分布分别可表示为：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)]
I2(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π/2]
I3(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π]
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+3π/2]
其中A(x,y)表示云纹干涉图的背景光强，B(x,y)表示云纹干涉图的调制光强，I1表示CMOS相机采集的第一幅云纹干涉图光强，I2表示CMOS相机采集的第二幅云纹干涉图相移π/2的光强，I3表示CMOS相机采集的第三幅云纹干涉图相移π的光强，I4表示CMOS相机采集的第四幅云纹干涉图相移3π/2的光强；
对采集到的数字云纹干涉图进行预处理；
用四步相移算法，对预处理后的四幅云纹干涉图的强度分布表达式联立求解，得云纹干涉条纹图的相位分布，
其中φ(x,y)的取值范围为[0,2π]，反正切函数的取值范围为[-π/2,π/2]；
根据CORDIC算法实现反正切运算，最终求解出相位。
6.根据权利要求5所述的一种实时云纹干涉图高速相位提取方法，其特征在于，采用定点运算的方式来实现四步相移算法。
7.根据权利要求5所述的一种实时云纹干涉图像高速相位提取方法，其特征在于，采用定点运算的方式实现CORDIC算法。
8.一种实时云纹干涉图高速相位提取系统，其特征在于，该提取系统包括干涉条纹采集模块、图像预处理模块、四步相移算法模块和CORDIC相位计算模块；
所述干涉条纹采集模块，用于在相移器的相移操作下，采集云纹干涉图；
所采集到的四幅云纹干涉图，其对应的四次相移量依次为0、π/2、π、3π/2，则其对应的光强分布分别可表示为：
I1(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)]
I2(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π/2]
I3(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+π]
I4(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+3π/2]
其中A(x,y)表示云纹干涉图的背景光强，B(x,y)表示云纹干涉图的调制光强，I1表示CMOS相机采集的第一幅云纹干涉图光强，I2表示CMOS相机采集的第二幅云纹干涉图相移π/2的光强，I3表示CMOS相机采集的第三幅云纹干涉图相移π的光强，I4表示CMOS相机采集的第四幅云纹干涉图相移3π/2的光强；
所述图像预处理模块，用于对所述云纹干涉图进行预处理，包括云纹干涉图像滤波降噪、图像截取、灰度转化；
所述四步相移算法模块，用于对预处理后的四幅云纹干涉图的强度分布表达式联立求解，得云纹干涉条纹图的相位分布；
其中φ(x,y)的取值范围为[0,2π]，反正切函数的取值范围为[-π/2,π/2]；
所述CORDIC相位计算模块，用于根据CORDIC算法实现反正切运算，最终求解出相位。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110781604A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-11 | 桂林电子科技大学 | 一种改进cordic算法的干涉图相位提取psm-ip核设计方法和系统 |
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