噪声对相位解包裹的影响及其抑制方法研究

本文介绍了噪声对相位解包裹的影响以及抑制噪声的方法。  

当光学粗糙表面被扩展的激光束照射时，形成的图像是斑点图案（亮斑和暗斑）。噪声对相位展开过程产生了灾难性的影响。在经典图像处理中，应用简单的滤波技术来抑制斑点噪声往往弊大于利，因为它们会不加选择地使图像变得模糊。针对这一挑战，我们必须应用替代技术来获得清晰的干涉图案，从而方便后续的相位展开过程。

噪声对相位解包裹的影响

理想清晰图像

图1所示。(a)连续相位，(b)包裹相位，以及(c)相位解包裹信号。

噪声方差增加到0.8的值的图像

图2所示。(a)原始噪声信号，(b)相位包裹信号，和(c)相位解包裹信号。这里，噪声方差已增加到0.8的值。

相位展开信号如图1(c)所示。如图1(a)所示的包裹相位信号是一个非常简单的解包裹信号。如果信号有噪声，信号中的噪声可能会产生假相位包。假包装的存在会影响样品的展开。让我们用计算机模拟来说明这一点。噪声方差设置为更高的值0.8。原始的含噪信号如图2(a)所示。包裹和展开相位信号分别如图2(b)和(c)所示。如图2所示，较高的声水平已经严重影响了相位解缠过程，信号的相位解缠成为一项具有挑战性的任务，这是由于信号中存在一个假包裹。

抑制噪声的方法

图3所示。(a)模拟噪声闭合条纹、(b)使用WFT技术获得的图、(c)是(a)(b)中间的轮廓截面。

图4所示。(a)一个纳米图案对象的实验性在线干涉图、(b)使用平场处理和调制技术得到的图4(a)的清晰图像、(c)是上下分别为图4(a)和(b)中间的剖面图。

可以采用WFT变换、平场处理和调制技术等技术来抑制噪声，解决假包问题图3(a)所示为模拟的有噪声的闭合条纹，图4(b)所示为干净的图像采用WFT技术获得。图3(a)和(b)中间的剖面图如图3(c)所示。图4(a)显示了由马赫-曾德尔干涉仪拍摄的纳米图案的实验在线干涉图，图4(b显示了使用平场处理和调制技术获得的清晰图像。图4(a)和(b)中间的剖面图分别在图4(c)中上下显示。

总结

在理解噪声对相位展开的影响之前，让我们简要回顾一下相位展开的过程。当我们处理光学干涉图案时，信号的相位可能会被包裹，即相位值会突然跳变，导致不连续性。为了更好地进行信号分析和处理，我们需要将这个被包裹的相位信号展开成连续的形式。这个过程被称为相位展开，它的目的是将被包裹的相位信号返回到连续的相位信号，使其可用于进一步的处理。

然而，在相位展开过程中，噪声的存在会带来挑战。噪声会使得相位信号变得不稳定，从而影响到展开的准确性。为了解决这个问题，我们可以采用加窗傅立叶变换、切趾平场等技术来抑制噪声，从而得到更清晰的干涉图案。这些技术能够有效地提高信号的信噪比，使得相位展开过程更加稳定和可靠。

在实际应用中，我们需要根据具体的情况选择合适的技术来抑制噪声并解决相位展开的问题。通过合理应用降噪技术，我们可以更好地处理光学干涉图案，为后续的信号分析和处理提供更可靠的基础。

审核编辑：黄飞