本發(fā)明屬于技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面陣用虛擬像元內(nèi)插細(xì)分與信號(hào)平滑化的方法。

背景技術(shù)：

由于制造技術(shù)限制及使用情況等原因，使面陣各個(gè)像元的幾何尺寸相對(duì)于面陣像元平均尺寸產(chǎn)生具有一定隨機(jī)性的定值誤差，使各像元等效幾何中心坐標(biāo)相對(duì)于理想幾何中心坐標(biāo)產(chǎn)生具有一定隨機(jī)性的定值誤差，使各像元光電信號(hào)轉(zhuǎn)換率相對(duì)于面陣信號(hào)轉(zhuǎn)換率平均值也產(chǎn)生具有一定隨機(jī)性的定值誤差。

對(duì)于面陣采集的由干涉、衍射等機(jī)理形成的近似平行的直條紋或大曲率半徑的同心圓環(huán)條紋，常常需要求出在條紋的準(zhǔn)垂線方向某一線段上的光電信號(hào)分布規(guī)律，進(jìn)而用回歸或其它方法求出信號(hào)峰位坐標(biāo)的細(xì)分后的值。對(duì)于近似平行的條紋或同心圓環(huán)條紋，在求垂直于條紋方向的光電信號(hào)峰值位置坐標(biāo)(簡(jiǎn)稱峰位)時(shí)，需利用這一方向上多個(gè)相鄰像元的光電信號(hào)值，按光強(qiáng)分布規(guī)律用回歸等方法求出條紋信號(hào)的峰位值及其標(biāo)準(zhǔn)差。

現(xiàn)有技術(shù)中由于像元間距和轉(zhuǎn)換率誤差等都受限于面陣生產(chǎn)工藝等因素的限制，到時(shí)求出條紋的信號(hào)的峰位不夠準(zhǔn)確，峰位標(biāo)準(zhǔn)差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種面陣用虛擬像元內(nèi)插細(xì)分與信號(hào)平滑化的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

原面陣由像元間隔為w的像元陣列構(gòu)成時(shí)，對(duì)于每個(gè)二維像元或者相鄰鄰接在一起的四個(gè)二維像元分別內(nèi)插構(gòu)建子像元并計(jì)算子像元的光電信號(hào)值，內(nèi)插細(xì)分后的子像元重構(gòu)面陣中，子像元的光電信號(hào)面密度依據(jù)面陣上內(nèi)插前的相近像元的平均面密度按一定規(guī)律計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光電信號(hào)的平滑化處理。

本發(fā)明的內(nèi)插細(xì)分后計(jì)算面陣的平均面密度時(shí)相當(dāng)于對(duì)光電信號(hào)做了平滑化處理，減小了原始面陣信號(hào)中有隨機(jī)性的未定系統(tǒng)誤差分量的影響。

對(duì)于單個(gè)二維像元，內(nèi)插構(gòu)建小正方形的中心子像元，小正方形的中心子像元是由單個(gè)二維像元的四條邊的邊長(zhǎng)中點(diǎn)相依次連接構(gòu)成。中心子像元的光電信號(hào)值z(mì)mid為：

其中，zo表示為單個(gè)二維像元的光電信號(hào)值，zw表示與信號(hào)值為zo的單個(gè)二維像元周圍四邊分別相鄰的四個(gè)二維像元的光電信號(hào)的總和。

對(duì)于相鄰鄰接在一起的四個(gè)二維像元，內(nèi)插構(gòu)建小正方形的連接子像元，小正方形的連接子像元是由相鄰四個(gè)二維像元形成的四條共同邊的邊長(zhǎng)中點(diǎn)相依次連接構(gòu)成。對(duì)于沿條紋方向，連接子像元的光電信號(hào)值z(mì)adj為：

其中，zw1表示相鄰四個(gè)二維像元中位于沿條紋方向兩側(cè)的兩個(gè)二維像元的光電信號(hào)的總和，zw2表示相鄰四個(gè)二維像元中沿條紋方向的兩個(gè)二維像元的光電信號(hào)的總和。

本發(fā)明內(nèi)插細(xì)分后的等效像元間隔變?yōu)?imgfile="bda0001303672470000023.gif"wi="259"he="77"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>組成的新面陣中列或行的像元數(shù)增加到原來(lái)的倍，同一尺寸面陣的二維虛擬像元總數(shù)增加1倍。

若要獲得條紋上的光電信號(hào)分布規(guī)律，就要對(duì)條紋垂直方向某一直線上的一系列相鄰的中心子像元和連接子像元為基本單位的光電信號(hào)值作統(tǒng)計(jì)分析，，就能獲得條紋上的光電信號(hào)分布規(guī)律的特征值，例如用回歸或其它方法能求出信號(hào)峰位坐標(biāo)的細(xì)分后的值及其標(biāo)準(zhǔn)差。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明能使減少虛擬像元間距，能減少到原虛擬像元間距的

本發(fā)明的虛擬像元內(nèi)插細(xì)分能使信號(hào)顯著地平滑化，減小了像元間距，又減小了各像元原來(lái)的轉(zhuǎn)換率誤差的影響，進(jìn)而就能減小峰位標(biāo)準(zhǔn)差，減弱了面陣生產(chǎn)工藝不完善的影響。實(shí)施例中采用本發(fā)明后使峰位標(biāo)準(zhǔn)差平均減小到原來(lái)的45％。

附圖說(shuō)明

圖1是在像元b2中內(nèi)插小正方形虛擬像元ijkl的示意圖。

圖2是以像元b2與c3的接點(diǎn)為中心內(nèi)插小正方形虛擬像元jnok的示意圖

圖3是相鄰虛擬像元ijkl和jnok的示意圖。

圖4是實(shí)施例中面陣獲取的干涉產(chǎn)生的同心圓環(huán)圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)做詳細(xì)說(shuō)明，但不局限于此。

本發(fā)明的實(shí)施例如下：

如圖1和圖2所示，用短劃線表示邊界線的二維像元a1～a3、b1～b3和c1～c3組成的3×3面陣，像元間隔為w，面陣中各二維虛擬像元的光電信號(hào)值分別為za1～za3、zb1～zb3和zc1～zc3。

如圖1和圖2所示，需要求取光電信號(hào)的條紋經(jīng)過(guò)二維像元對(duì)角線方向，為圖示的y”軸方向，相對(duì)于原直角坐標(biāo)系y軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)45度角。

(1)對(duì)于單個(gè)二維虛擬像元

如圖1所示，對(duì)于原像元b2構(gòu)建內(nèi)接小正方形ijkl(圖1中的粗實(shí)線表示)作為中心子像元，

小正方形ijkl的邊長(zhǎng)為一般在與線段fjkg平行的方向上光電信號(hào)變化緩慢，小正方形ijkl的光電信號(hào)面密度取長(zhǎng)方形efgh光電信號(hào)面密度的平均值，以適度減小各原始信號(hào)中的有隨機(jī)性的誤差分量的影響。

長(zhǎng)方形efgh邊長(zhǎng)分別為和面積為w²，則面積為0.5w²的小正方形ijkl的光電信號(hào)值取為：

其中，zb2表示像元b2的光電信號(hào)值。

(2)對(duì)于相鄰鄰接在一起的四個(gè)二維虛擬像元

如圖2所示，在像元c3與像元b2之間內(nèi)插一個(gè)小正方形jnok像元作為連接子像元(圖2中的粗實(shí)線表示)。小正方形jnok的邊長(zhǎng)為小正方形jnok的光電信號(hào)面密度取長(zhǎng)方形fmpg光電信號(hào)面密度的平均值，小正方形jnok光電信號(hào)值為：

綜合以上兩個(gè)式子，在斜轉(zhuǎn)45度的一條對(duì)角線(y”軸向)上就能產(chǎn)生一系列相鄰的邊長(zhǎng)為的小正方形虛擬像元，如正方形ijkl與正方形jnok相鄰，如圖3所示。統(tǒng)計(jì)分析條紋垂直方向某一直線上的一系列相鄰的中心子像元和連接子像元為基本單位的光電信號(hào)值，就能獲得條紋上的光電信號(hào)分布規(guī)律的特征值，例如用回歸或其它方法能求出信號(hào)峰位坐標(biāo)的細(xì)分后的值及其標(biāo)準(zhǔn)差。

類似地，當(dāng)條紋方向與x”方向垂直時(shí)，在x”方向上也作同樣的虛擬像元內(nèi)插細(xì)分。

如小正方形虛擬像元ijkl全部在的像元b2之內(nèi)，像元b2的幾何尺寸相對(duì)于面陣像元平均尺寸具有一定隨機(jī)性的定值誤差，b2的等效幾何中心坐標(biāo)相對(duì)于理想幾何中心坐標(biāo)具有一定隨機(jī)性的定值誤差，b2的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換率相對(duì)于面陣信號(hào)轉(zhuǎn)換率平均值也具有一定隨機(jī)性的定值誤差。因此按照本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施后面陣中虛擬像元的等效像元間隔為組成的新構(gòu)面陣的列或行的像元數(shù)增加到原來(lái)的約倍，同一尺寸面陣的虛擬像元總數(shù)增加約1倍。

將綜合以上兩個(gè)式子(1)和(2)的內(nèi)插子像元計(jì)算面陣的平均面密度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光電信號(hào)的平滑化處理，減小了原始面陣信號(hào)中有隨機(jī)性的未定系統(tǒng)誤差分量的影響。對(duì)于式(1)的計(jì)算，其中以像元b2的信號(hào)為主同時(shí)考慮四個(gè)相鄰像元的信號(hào)值影響這樣使式(1)的結(jié)果不僅僅依據(jù)b2的信號(hào)，減小了b2信號(hào)中有一定隨機(jī)性的未定系統(tǒng)誤差的影響，起到了平滑化的效果。對(duì)于式(2)的計(jì)算，其中虛擬像元小正方形jnok的信號(hào)值，平滑化的效果比較直觀。

由于像元間距愈小則峰位標(biāo)準(zhǔn)差愈小，本發(fā)明用虛擬像元內(nèi)插細(xì)分能使虛擬像元間距減少到原來(lái)像元間距的由于光電信號(hào)轉(zhuǎn)換率誤差愈小則峰位標(biāo)準(zhǔn)差愈小，但轉(zhuǎn)換率誤差受限于面陣生產(chǎn)工藝的限制，虛擬像元內(nèi)插細(xì)分時(shí)能使信號(hào)顯著地平滑化，減小了各像元原來(lái)轉(zhuǎn)換率誤差的影響，減弱了面陣生產(chǎn)工藝的限制。

本實(shí)施例用波長(zhǎng)λ≈546.1nm的光透過(guò)間距d≈2.0mm的f-p標(biāo)準(zhǔn)具，在焦距f≈75mm的物鏡焦平面上形一系列同心圓環(huán)，如圖4所示。面陣成像器件采用了奧林巴斯en-f型相機(jī)的面陣，尺寸為17.4×13mm²，面陣像元數(shù)為10368×7776，面陣的平均像元間距為w≈1.675μm。對(duì)從內(nèi)向外計(jì)數(shù)的第10個(gè)圓環(huán)，相對(duì)直徑d10/w≈4753.15。

對(duì)平行于x,y軸方向各取一條近似直徑(具體方法是：對(duì)于x軸方向或者y軸方向，找出第i個(gè)圓環(huán)上沿所在軸方向坐標(biāo)值最大與最小的光電信號(hào)極值點(diǎn)，兩個(gè)光電信號(hào)極值點(diǎn)的坐標(biāo)值取平均后再取整數(shù)值作為所在軸向的近似圓心坐標(biāo)值；過(guò)近似圓心坐標(biāo)定出的近似圓心點(diǎn)作平行于x,y軸方向的直線段作為近似直徑，直線段與圓環(huán)相交)，在每條近似直徑兩側(cè)約±35w的范圍內(nèi)取71條間隔為w相鄰的平行線，兩方向各71條平行線與圓環(huán)相交共形成284個(gè)小線段。對(duì)于284個(gè)線段的每個(gè)線段，采用申請(qǐng)日為申請(qǐng)?zhí)枮?01510217472.7的專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)或者pct國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/cn2016/078164的專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中的對(duì)光強(qiáng)峰值坐標(biāo)值的求取方法來(lái)求出每個(gè)線段上的峰位坐標(biāo)。然后再根據(jù)所有線段的峰位坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)所有線段峰位坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差的平均值及方均根值計(jì)算結(jié)果為及

設(shè)將x,y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度之后的新坐標(biāo)軸為x",y"軸。對(duì)平行于x",y"軸方向，通過(guò)上文定出的近似圓心點(diǎn)各取一條近似直徑。采用本發(fā)明方法，在每條近似直徑兩側(cè)±35w的范圍內(nèi)取101條間隔為相鄰的平行線，兩方向各101條平行線與圓環(huán)相交共形成404個(gè)小線段。對(duì)于404個(gè)線段的每個(gè)線段，采用申請(qǐng)日為申請(qǐng)?zhí)枮?01510217472.7的專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)或者pct國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/cn2016/078164的專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中的對(duì)光強(qiáng)峰值坐標(biāo)值的求取方法來(lái)求出每個(gè)線段上的峰位坐標(biāo)。然后再根據(jù)所有線段的峰位坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)所有線段峰位坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差的平均值及方均根值計(jì)算結(jié)果為及

由此可見(jiàn)，采用本發(fā)明的面陣像元細(xì)分與平滑化方法之后，上述峰位標(biāo)準(zhǔn)差大約減小到原來(lái)量值的45％。所對(duì)應(yīng)距離約為0.097μm。