噪聲對相位解包裹的影響及其抑制方法研究

本文介紹了噪聲對相位解包裹的影響以及抑制噪聲的方法。

當(dāng)光學(xué)粗糙表面被擴(kuò)展的激光束照射時(shí)，形成的圖像是斑點(diǎn)圖案（亮斑和暗斑）。噪聲對相位展開過程產(chǎn)生了災(zāi)難性的影響。在經(jīng)典圖像處理中，應(yīng)用簡單的濾波技術(shù)來抑制斑點(diǎn)噪聲往往弊大于利，因?yàn)樗鼈儠?huì)不加選擇地使圖像變得模糊。針對這一挑戰(zhàn)，我們必須應(yīng)用替代技術(shù)來獲得清晰的干涉圖案，從而方便后續(xù)的相位展開過程。

噪聲對相位解包裹的影響

理想清晰圖像

圖1所示。(a)連續(xù)相位，(b)包裹相位，以及(c)相位解包裹信號(hào)。

噪聲方差增加到0.8的值的圖像

圖2所示。(a)原始噪聲信號(hào)，(b)相位包裹信號(hào)，和(c)相位解包裹信號(hào)。這里，噪聲方差已增加到0.8的值。

相位展開信號(hào)如圖1(c)所示。如圖1(a)所示的包裹相位信號(hào)是一個(gè)非常簡單的解包裹信號(hào)。如果信號(hào)有噪聲，信號(hào)中的噪聲可能會(huì)產(chǎn)生假相位包。假包裝的存在會(huì)影響樣品的展開。讓我們用計(jì)算機(jī)模擬來說明這一點(diǎn)。噪聲方差設(shè)置為更高的值0.8。原始的含噪信號(hào)如圖2(a)所示。包裹和展開相位信號(hào)分別如圖2(b)和(c)所示。如圖2所示，較高的聲水平已經(jīng)嚴(yán)重影響了相位解纏過程，信號(hào)的相位解纏成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，這是由于信號(hào)中存在一個(gè)假包裹。

抑制噪聲的方法

圖3所示。(a)模擬噪聲閉合條紋、(b)使用WFT技術(shù)獲得的圖、(c)是(a)(b)中間的輪廓截面。

圖4所示。(a)一個(gè)納米圖案對象的實(shí)驗(yàn)性在線干涉圖、(b)使用平場處理和調(diào)制技術(shù)得到的圖4(a)的清晰圖像、(c)是上下分別為圖4(a)和(b)中間的剖面圖。

可以采用WFT變換、平場處理和調(diào)制技術(shù)等技術(shù)來抑制噪聲，解決假包問題圖3(a)所示為模擬的有噪聲的閉合條紋，圖4(b)所示為干凈的圖像采用WFT技術(shù)獲得。圖3(a)和(b)中間的剖面圖如圖3(c)所示。圖4(a)顯示了由馬赫-曾德爾干涉儀拍攝的納米圖案的實(shí)驗(yàn)在線干涉圖，圖4(b顯示了使用平場處理和調(diào)制技術(shù)獲得的清晰圖像。圖4(a)和(b)中間的剖面圖分別在圖4(c)中上下顯示。

總結(jié)

在理解噪聲對相位展開的影響之前，讓我們簡要回顧一下相位展開的過程。當(dāng)我們處理光學(xué)干涉圖案時(shí)，信號(hào)的相位可能會(huì)被包裹，即相位值會(huì)突然跳變，導(dǎo)致不連續(xù)性。為了更好地進(jìn)行信號(hào)分析和處理，我們需要將這個(gè)被包裹的相位信號(hào)展開成連續(xù)的形式。這個(gè)過程被稱為相位展開，它的目的是將被包裹的相位信號(hào)返回到連續(xù)的相位信號(hào)，使其可用于進(jìn)一步的處理。

然而，在相位展開過程中，噪聲的存在會(huì)帶來挑戰(zhàn)。噪聲會(huì)使得相位信號(hào)變得不穩(wěn)定，從而影響到展開的準(zhǔn)確性。為了解決這個(gè)問題，我們可以采用加窗傅立葉變換、切趾平場等技術(shù)來抑制噪聲，從而得到更清晰的干涉圖案。這些技術(shù)能夠有效地提高信號(hào)的信噪比，使得相位展開過程更加穩(wěn)定和可靠。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的情況選擇合適的技術(shù)來抑制噪聲并解決相位展開的問題。通過合理應(yīng)用降噪技術(shù)，我們可以更好地處理光學(xué)干涉圖案，為后續(xù)的信號(hào)分析和處理提供更可靠的基礎(chǔ)。

審核編輯：黃飛