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)插細分與信號平滑化的方法。

背景技術(shù)：

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

對于面陣采集的由干涉、衍射等機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垂線方向某一線段上的光電信號分布規(guī)律，進而用回歸或其它方法求出信號峰位坐標的細分后的值。對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峰值位置坐標(簡稱峰位)時，需利用這一方向上多個相鄰像元的光電信號值，按光強分布規(guī)律用回歸等方法求出條紋信號的峰位值及其標準差。

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，到時求出條紋的信號的峰位不夠準確，峰位標準差較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

為實現(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，對于每個二維像元或者相鄰鄰接在一起的四個二維像元分別內(nèi)插構(gòu)建子像元并計算子像元的光電信號值，內(nèi)插細分后的子像元重構(gòu)面陣中，子像元的光電信號面密度依據(jù)面陣上內(nèi)插前的相近像元的平均面密度按一定規(guī)律計算，實現(xiàn)了對光電信號的平滑化處理。

本發(fā)明的內(nèi)插細分后計算面陣的平均面密度時相當于對光電信號做了平滑化處理，減小了原始面陣信號中有隨機性的未定系統(tǒng)誤差分量的影響。

對于單個二維像元，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二維像元的四條邊的邊長中點相依次連接構(gòu)成。中心子像元的光電信號值zmid為：

其中，zo表示為單個二維像元的光電信號值，zw表示與信號值為zo的單個二維像元周圍四邊分別相鄰的四個二維像元的光電信號的總和。

對于相鄰鄰接在一起的四個二維像元，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二維像元形成的四條共同邊的邊長中點相依次連接構(gòu)成。對于沿條紋方向，連接子像元的光電信號值zadj為：

其中，zw1表示相鄰四個二維像元中位于沿條紋方向兩側(cè)的兩個二維像元的光電信號的總和，zw2表示相鄰四個二維像元中沿條紋方向的兩個二維像元的光電信號的總和。

本發(fā)明內(nèi)插細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分布規(guī)律，就要對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值作統(tǒng)計分析，，就能獲得條紋上的光電信號分布規(guī)律的特征值，例如用回歸或其它方法能求出信號峰位坐標的細分后的值及其標準差。

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)插細分能使信號顯著地平滑化，減小了像元間距，又減小了各像元原來的轉(zhuǎn)換率誤差的影響，進而就能減小峰位標準差，減弱了面陣生產(chǎn)工藝不完善的影響。實施例中采用本發(fā)明后使峰位標準差平均減小到原來的45％。

附圖說明

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是實施例中面陣獲取的干涉產(chǎn)生的同心圓環(huán)圖。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)做詳細說明，但不局限于此。

本發(fā)明的實施例如下：

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，需要求取光電信號的條紋經(jīng)過二維像元對角線方向，為圖示的y”軸方向，相對于原直角坐標系y軸逆時針轉(zhuǎn)過45度角。

(1)對于單個二維虛擬像元

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

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

長方形efgh邊長分別為和面積為w²，則面積為0.5w²的小正方形ijkl的光電信號值取為：

其中，zb2表示像元b2的光電信號值。

(2)對于相鄰鄰接在一起的四個二維虛擬像元

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

綜合以上兩個式子，在斜轉(zhuǎn)45度的一條對角線(y”軸向)上就能產(chǎn)生一系列相鄰的邊長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值，就能獲得條紋上的光電信號分布規(guī)律的特征值，例如用回歸或其它方法能求出信號峰位坐標的細分后的值及其標準差。

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

如小正方形虛擬像元ijkl全部在的像元b2之內(nèi)，像元b2的幾何尺寸相對于面陣像元平均尺寸具有一定隨機性的定值誤差，b2的等效幾何中心坐標相對于理想幾何中心坐標具有一定隨機性的定值誤差，b2的光電信號轉(zhuǎn)換率相對于面陣信號轉(zhuǎn)換率平均值也具有一定隨機性的定值誤差。因此按照本發(fā)明實施例實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。

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

由于像元間距愈小則峰位標準差愈小，本發(fā)明用虛擬像元內(nèi)插細分能使虛擬像元間距減少到原來像元間距的由于光電信號轉(zhuǎn)換率誤差愈小則峰位標準差愈小，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)插細分時能使信號顯著地平滑化，減小了各像元原來轉(zhuǎn)換率誤差的影響，減弱了面陣生產(chǎn)工藝的限制。

本實施例用波長λ≈546.1nm的光透過間距d≈2.0mm的f-p標準具，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。對從內(nèi)向外計數(shù)的第10個圓環(huán)，相對直徑d10/w≈4753.15。

對平行于x,y軸方向各取一條近似直徑(具體方法是：對于x軸方向或者y軸方向，找出第i個圓環(huán)上沿所在軸方向坐標值最大與最小的光電信號極值點，兩個光電信號極值點的坐標值取平均后再取整數(shù)值作為所在軸向的近似圓心坐標值；過近似圓心坐標定出的近似圓心點作平行于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個小線段。對于284個線段的每個線段，采用申請日為申請?zhí)枮?01510217472.7的專利申請說明書或者pct國際申請?zhí)枮閜ct/cn2016/078164的專利申請說明書中的對光強峰值坐標值的求取方法來求出每個線段上的峰位坐標。然后再根據(jù)所有線段的峰位坐標統(tǒng)計所有線段峰位坐標的標準差的平均值及方均根值計算結(jié)果為及

設(shè)將x,y軸逆時針旋轉(zhuǎn)45度之后的新坐標軸為x",y"軸。對平行于x",y"軸方向，通過上文定出的近似圓心點各取一條近似直徑。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個小線段。對于404個線段的每個線段，采用申請日為申請?zhí)枮?01510217472.7的專利申請說明書或者pct國際申請?zhí)枮閜ct/cn2016/078164的專利申請說明書中的對光強峰值坐標值的求取方法來求出每個線段上的峰位坐標。然后再根據(jù)所有線段的峰位坐標統(tǒng)計所有線段峰位坐標的標準差的平均值及方均根值計算結(jié)果為及

由此可見，采用本發(fā)明的面陣像元細分與平滑化方法之后，上述峰位標準差大約減小到原來量值的45％。所對應(yīng)距離約為0.097μm。