基于FPGA的高速干涉图相位提取技术研究

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数字干涉图分析技术主要研究如何从干涉图中提取干涉条纹的相位分布,通过物理量与相位分布的关系,能够从干涉图中获取特定的物理量信息,进而分析和研究特定物理现象的技术。在条纹干涉图频域分析技术过程中,目前主要采用的方法是相移技术、正则相位跟踪技术、傅里叶变换等。只需一幅干涉图即可获得待测相位的傅里叶变换的频域干涉图分析技术应运而生,且对噪声的影响并不是特别敏感。因此,在科学研究、医学、工业应用等领域得到广泛应用。  本研究基于频域干涉图分析原理,采用现场可编程门阵列(FPGA),设计并实现FTM(Fourier transform method) IP核和WFTM(Windowed Fourier transform method) IP核以进行高速干涉图相位提取技术的研究。详细介绍了数字干涉图的传输存储模块、2D-FFT处理器模块、窗函数模块和频谱生成模块的设计原理和实现方法。本文首先通过计算机仿真对相移技术、FTM法、WFTM法相位提取的误差进行分析比较。其次分别采用设计的FTM核,WFTM核对云纹干涉仪和三维形貌测量仪产生的数字干涉图进行实验验证。最后对不同测试对象实验结果进行对比分析。基于FPGA平台设计的FTM核和WFTM核,能有效地对数字干涉图进行分析,缩短了相位提取计算时间,提高了数字干涉图相位分析的提取速度。通过计算机仿真和实验验证了FTM核和WFTM核的有效性和可靠性,从而实现高速数字干涉图分析,达到高速干涉图相位提取技术研究的目的。
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