Обработка интерферограмм

Бесконтактное измерение рельефа поверхности  на основе принципа интерференции является современной областью исследования. Регистрируемые в ходе измерений интерференционные картины содержат большой объем информации, который должен быть обработан и расшифрован для получения качественных и количественных оценок. Для этого необходимы компьютерные системы и программное обеспечение, в задачу которых входит получение информации, ее преобразование, обработка, расшифровка и представление результатов в соответствующем виде.

Интерференционные измерительные системы включают в себя интерферометр, который является первичным преобразователем, устройства регистрации интерференционных картин и систему обработки данных. Принцип действия интерферометра состоит в следующем. Пучок электромагнитного излучения от лазера с помощью делительного куба пространственно разделяется на два когерентных пучка. Первый пучок отражается от измеряемого объекта, второй от эталонного зеркала. При этом каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину (чередование темных и светлых полос). Затем с использованием полученных интерференционных картин восстанавливается поверхность измеряемого объекта, что является задачей расшифровки интерференционных картин. При этом точность измерений может лежать в нанометровом диапазоне.

С математической точки зрения задача расшифровки интерференционных картин заключается в определении значений поля разности фаз интерферирующих волновых фронтов  по измеренным значениям интенсивности интерференционных картин.  

Наибольшее применение при построении таких систем в последние годы получили методы получения и расшифровки интерференционных картин на основе пошагового сдвига (пошаговая или фазо-сдвигающая интерферометрия). Метод пошагового фазового сдвига основан на регистрации нескольких интерференционных картин при изменении фазы опорной волны на известные значения.

Однако, основным источником погрешностей в фазосдвигающей интерферометрии являются ошибки при задании сдвига. Учесть такие ошибки сложно, поскольку они проявляются косвенно через измеряемую интенсивность интерференционных картин. Ошибки при внесении фазового сдвига существенно сказываются на результатах измерения, что является недостатком метода фазового сдвига.

В разработанном программном обеспечении для обработки интерференционных картин реализованы алгоритмы, позволяющие устранить основную погрешность метода пошагового фазового сдвига, тем самым повышая точность измерений.

Назначение программы — обработка, анализ и расшифровка интерференционных картин, полученных на основе метода пошагового фазового сдвига.

Область применения — интерферометрия, обработка интерференционных картин. Методы интерферометрии используются для контроля поверхности оптических изделий, требующих высокой точности измерений, таких как зеркала, линзы. Программа может быть использована для расшифровки полученных в процессе измерений интерференционных картин с произвольными фазовыми сдвигами.

Используемые алгоритмы — в программе осуществлена реализация новых алгоритмов расшифровки интерференционных картин:

1)    Обобщенный алгоритм расшифровки, позволяющий восстанавливать фазу для произвольного числа зарегистрированных интерференционных картин (больше 3) с известными фазовыми сдвигами [1].

2)    Алгоритм расшифровки, не требующий априорной информации о фазовых сдвигах. Алгоритм позволяет восстановить фазу  по трем интерференционным картинам с произвольными фазовыми сдвигами.

3)    Двухточечный алгоритм определения фазовых сдвигов. Алгоритм позволяет по набору интерференционных картин (больше 5) определить соответствующие фазовые сдвиги [2].

Функциональные возможности — расшифровка (восстановление фазы) интерференционных картин, просмотр графиков значений интенсивностей по строке для интерференционных картин, предварительная обработка интерференционных картин (фильтрация, сглаживание), просмотр трехмерных графиков (на компьютере должен быть установлен MatlabRuntime). Максимальный объем обрабатываемых данных — 2 Гб. Время обработки пропорционально размеру изображений.

1.     Generic algorithm of phase reconstruction in phase-shifting interferometry / Guzhov V., Ilinykh S., Kuznetsov R., Haydukov D. // Optical Engineering, - 2013. Vol. 52(3) – pp/ 030501-1 – 030501-2.

2.     Хайдуков Д.С. Высокоточный алгоритм расшифровки интерференционных картин. Программная реализация. Germany, Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing Gmbh & Co. KG,  2012.

Инструментальные средства создания — Microsoft Visual Studio 2010, язык программирования C#.

Во вложении находится архив, содержащий две папки: "Обработка интерферограмм" и "Doc". В папке "Обработка интерферограмм" содержится исполняемый файл програмы InterferogramProcessor.exe, а также другие файлы, необходимые для работы программы. В папке "Doc" содержится подробное руководство по использованию программы: Обработка интерферограмм - Руководство.pdf.

Работа с программой — Скопируйте файлы из архива в отдельную папку. Для запуска программы необходимо запустить файл InterferogramProcessor.exe.