CN114485473A - 基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，包括步骤：S1：干涉条纹振动矢量补偿步骤，通过两个视频流态中的条纹位移矢量计算，反向补偿振动矢量，实现干涉条纹偏移修正；S2：像元振动多组分合成抗振步骤，基于灰度匹配预处理和多组分合成算法对残余振动误差补偿，进而获得消除振动误差的干涉图像；S3：灰度投影相位解调步骤，通过梯度投影算法去除所述干涉图像背景光强，并通过反正切运算完成相位提取，实现待测元件波前相位信息重构。本发明的一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，能够在振动环境下，快速、准确的实现相位提取，实现光学元件面形轮廓检测。

Description

基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法

技术领域

本发明涉及激光干涉检测领域，尤其涉及一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法。

背景技术

相移干涉测量技术(PSI)，通过解调多帧干涉图像序列波前耦合相位信息，实现测物表面形貌三维重构及测量。经过近几十年研究发展，PSI技术因其全像场、非接触、高精度及灵敏度、无损伤等优势，逐渐取代传统机械接触式检测技术，成为光学元件表面形貌测量领域重要手段，并取得了广泛的应用。

在相位提取技术方面，国内、外学者针对相移干涉测量技术中波前相位解调算法展开一系列研究，四步、五步及N步相移算法最早被提出。此类算法基于非线性方程组解析待测参量过程，原理简单，易于实现，但该类方法解调精度常常受检测环境振动、周围空气扰动及移相器件(通常为压电陶瓷材料，PZT)误差影响严重。为解决多步移相算法缺陷，两步移相技术应运而生，其通过一次相移、两帧干涉图像就可实现波前相位的解调。两步移相技术因移相次数及图像采集数量少，误差积累量小，已经成为目前相位解调主要研究方向之一。但是，现有滤波技术在两步移相技术中，并不能完全滤除背景光强造成的影响，并且计算数据量较少，解相精度受振动影响严重，致使两步移相算法仍有明显的弊端。所以，对于抗振和两步移相相位提取技术的研究，对于复杂工况下光学元件的高精度形貌检测，具有重要的实际意义和价值。

综上所述，现有算法基于采集的干涉图像序列直接解调，存在以下问题：1.采集过程易受相移误差、环境振动及空气扰动影响，误差量在各帧图像间被记录积累；2.多步移相算法误差积累严重，运算量大，相位解调速度慢；3.两步移相算法无法完全消除积累误差，背景光强滤除不彻底，相位解调精度较低。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，能够在振动环境下，快速、准确的实现相位提取。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，包括步骤：

S1：干涉条纹振动矢量补偿步骤，通过两个视频流态中的条纹位移矢量计算，反向补偿振动矢量，实现干涉条纹偏移修正；

S2：像元振动多组分合成抗振步骤，基于灰度匹配预处理和多组分合成算法对残余振动误差补偿，进而获得消除振动误差的干涉图像；

S3：灰度投影相位解调步骤，通过梯度投影算法去除所述干涉图像背景光强，并通过反正切运算完成相位提取，实现待测元件波前相位信息重构。

优选地，所述S1步骤进一步包括步骤：

S11：启动PSI***，将所述PSI***进行校正；利用移相干涉仪，获取移相前的第一干涉图像序列T1和移相后的第二干涉图像序列T2，T1和T2各N帧；

S12：分别以T1和T2中心为原点，建立二维笛卡尔坐标系；并计算T1和T2各帧图像行和列投影，以及映射向量；

S13：进行所述映射向量和参考图像的互相关运算，并计算T1和T2在水平和垂直方向的位移矢量，从而获得T1和T2的条纹偏移矢量；根据所获得的所述条纹偏移矢量，分别对T1和T2进行条纹偏移修正，获得T1的第一条纹偏移修正干涉图像序列和T2的第二条纹偏移修正干涉图像序列。

优选地，所述S2步骤进一步包括步骤：

S21：对所述第一条纹偏移修正干涉图像序列和所述第二条纹偏移修正干涉图像序列分别随机抽取P帧干涉图像，构成第一组分矩阵集合T3和一第二组分矩阵集合T4；

S22：分别提取T3和T4的各行元素组成第一矩阵S1和第二矩阵S2，分别计算所述第一矩阵S1和所述第二矩阵S2的均值；

S23：基于所述均值的窄带包络区间，定位所述第一矩阵S1和所述第二矩阵S2的各元素位置；

S24：进行差值运算和反归一化处理，完成列元素系数计算，获取所述第一组分矩阵集合T3和所述第二组分矩阵集合T4的组分系数矩阵，得到合成的移相前干涉图像和移相后干涉图像。

优选地，所述S3步骤进一步包括步骤：

S31：对所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像分别选择投影方向，计算合成图像内各像元坐标和像元坐梯度投影值；

S32：计算所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像各像元背景光强项；

S33：以合成图像矩阵行为单元，独立计算并去除所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像的背景光强；

S34：基于去除背景光前后的干涉图像，利用反正切法，计算行内各像元相位，并推广至图像内所有行，获得所有元素的波前相位信息。

优选地，所述S1步骤中：

通过CCD靶面依次采集0.5秒间隔内，相移π/2的两个视频流态，并以干涉图像中心为原点建立二维笛卡尔坐标系，以条纹摆动中心图像为参考帧，计算条纹振动矢量；最终反向移动振动矢量，实现条纹偏移修正。

优选地，所述S2步骤中：

随机抽取所述第一条纹偏移修正干涉图像序列和所述第二条纹偏移修正干涉图像序列内的P帧干涉图像构成组分矩阵集合，提取各组分行元素构成新的矩阵，计算矩阵内元素均值；并基于元素均值形成窄带包络区间ζ，来定位矩阵各元素位置，得到位置矩阵；最终通过列元素位置矩阵与中心位置元素差值运算和反归一化处理，实现各组分列元素系数值计算，并推广至组分集，获取组分前系数矩阵，进而完成干涉图像组分融合，得到所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像。

优选地，所述S3步骤中：

采用两步移相技术；检测过程中，通过控制相移器件，产生相移为π/2，获取相移前、后两个干涉图像序列，并基于所述梯度投影算法，计算根据所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像的图像矩阵背景光强项，利用反正切算法完成相位提取，完成波前相位信息解调。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

本发明提出了干涉条纹振动矢量补偿步骤、像元振动多组分合成抗振步骤以及灰度投影相位解调步骤，最终在振动环境下，快速、准确的实现相位提取；所提出的基于组分合成及梯度投影的波前相位解调算法，不对采集图像直接解调，采用干涉条纹振动矢量补偿技术，基于0.5秒视频流态间隔内相移量分别为0°，90°的图像序列实现条纹偏移修正；采用组分运算完成误差补偿并合成两帧仅包含测物面形相位信息的消振图像；采用梯度投影及反正切运算去除合成图像背景光强并实现相位解调。

特别是本发明提出的干涉条纹振动矢量补偿步骤、像元振动多组分合成抗振步骤和灰度投影相位解调步骤，有助于振动误差消除及相位解调过程分离，且各过程由独立算法实现，背景光强去除准确，相位解调速度快，相位解调精度高，抗干扰能力强。

附图说明

图1为本发明实施例的基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法的流程图；

图2为本发明实施例的干涉条纹振动矢量补偿步骤的原理示意图；

图3为本发明实施例的移相干涉装置的结构示意图；

其中：光学平台1，计算机2，PZT控制器3，CCD相机4，激光器5，调焦镜头6，中性滤光片7，透镜组8，压电陶瓷(PZT)9，标准镜10，待测元件11。

具体实施方式

下面根据附图图1～图3，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1～图3，本发明实施例的一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，包括步骤：

S1：干涉条纹振动矢量补偿步骤，通过两个视频流态中的条纹位移矢量计算，反向补偿振动矢量，实现干涉条纹偏移修正；

S2：像元振动多组分合成抗振步骤，基于灰度匹配预处理和多组分合成算法对残余振动误差补偿，进而获得消除振动误差的干涉图像；

S3：灰度投影相位解调步骤，通过梯度投影算法去除干涉图像背景光强，并通过反正切运算完成相位提取，实现待测元件波前相位信息重构。

其中，S1步骤进一步包括步骤：

S11：启动PSI***，将PSI***进行校正；利用移相干涉仪，获取移相前的第一干涉图像序列T1和移相后的第二干涉图像序列T2，T1和T2各N帧；

S12：分别以T1和T2中心为原点，建立二维笛卡尔坐标系；并计算T1和T2各帧图像行和列投影，以及映射向量；

S13：进行映射向量和参考图像的互相关运算，并计算T1和T2在水平和垂直方向的位移矢量，从而获得T1和T2的条纹偏移矢量；根据所获得的条纹偏移矢量，分别对T1和T2进行条纹偏移修正，获得T1的第一条纹偏移修正干涉图像序列和T2的第二条纹偏移修正干涉图像序列。

其中，S2步骤进一步包括步骤：

S21：对第一条纹偏移修正干涉图像序列和第二条纹偏移修正干涉图像序列分别随机抽取P帧干涉图像，构成第一组分矩阵集合T3和一第二组分矩阵集合T4；

S22：分别提取T3和T4的各行元素组成第一矩阵S1和第二矩阵S2，分别计算第一矩阵S1和第二矩阵S2的均值；

S23：基于均值的窄带包络区间，定位第一矩阵S1和第二矩阵S2的各元素位置；

S24：进行差值运算和反归一化处理，完成列元素系数计算，获取第一组分矩阵集合T3和第二组分矩阵集合T4的组分系数矩阵，得到合成的移相前干涉图像和移相后干涉图像。

其中，S3步骤进一步包括步骤：

S31：对移相前干涉图像和移相后干涉图像分别选择投影方向，计算合成图像内各像元坐标和像元坐梯度投影值；

S32：计算移相前干涉图像和移相后干涉图像各像元背景光强项；

S33：以合成图像矩阵行为单元，独立计算并去除移相前干涉图像和移相后干涉图像的背景光强；

S34：基于去除背景光前后的干涉图像，利用反正切法，计算行内各像元相位，并推广至图像内所有行，获得所有元素的波前相位信息。

S1步骤中：通过CCD靶面依次采集0.5秒间隔内，相移π/2的两个视频流态，并以干涉图像中心为原点建立二维笛卡尔坐标系，以条纹摆动中心图像为参考帧，计算条纹振动矢量；最终反向移动振动矢量，实现条纹偏移修正。

S2步骤中：随机抽取第一条纹偏移修正干涉图像序列和第二条纹偏移修正干涉图像序列内的P帧干涉图像构成组分矩阵集合，提取各组分行元素构成新的矩阵，计算矩阵内元素均值；并基于元素均值形成窄带包络区间ζ，来定位矩阵各元素位置，得到位置矩阵；最终通过列元素位置矩阵与中心位置元素差值运算和反归一化处理，实现各组分列元素系数值计算，并推广至组分集，获取组分前系数矩阵，进而完成干涉图像组分融合，得到移相前干涉图像和移相后干涉图像。

S3步骤中：采用两步移相技术；检测过程中，通过控制相移器件，产生相移为π/2，获取相移前、后两个干涉图像序列，并基于梯度投影算法，计算根据移相前干涉图像和移相后干涉图像的图像矩阵背景光强项，利用反正切算法完成相位提取，完成波前相位信息解调。

本发明实施例一的一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，包括干涉条纹振动矢量补偿步骤、像元振动多组分合成抗振步骤，以及灰度投影相位解调步骤组成。干涉条纹振动矢量补偿步骤通过两个视频流态中的条纹位移矢量计算，反向补偿振动矢量，实现干涉条纹偏移修正；像元振动多组分合成抗振步骤基于灰度匹配预处理、多组分合成算法对残余振动误差补偿，进而获得消除振动误差的干涉图像；灰度投影相位解调步骤通过梯度投影算法去除干涉图像背景光强，并通过反正切运算完成相位提取，实现待测元件波前相位信息重构。

干涉条纹振动误差修正步骤，CCD靶面依次采集0.5秒间隔内，相移π/2的两个视频流态，并将图像序列记录为图集

(设采集图像大小为m*n，相机刷新率为Nfps)。基于外界环境振动及空气扰动特性，干涉条纹在包络区间内沿法线方向周期性高频摆动，各像元振动方向具备整体一致性，大小取决于误差因子p_n(x,y),n＝(1,2)。以干涉图像中心(m/2,n/2)为原点建立二维笛卡尔坐标系，条纹偏移矢量

表示为:

其中，a(t,x,y)，b(t,x,y)分别表示水平，垂直两个维度方向条纹平移量(单位为像素，pix)；i，j为x，y方向基矢，当干涉条纹水平或垂直分布时，振动矢量

可简化为:

(垂直投影，a(t,x,y)＝0)；

(水平投影，b(t,x,y)＝0)

以条纹摆动中心图像为参考帧，对图集T1、T2内各帧图像灰度值行、列投影，则第k帧图像第i行，第j列映射向量C_x,k(i)，C_y,k(j)表示为：

其中，P(i,j)表示(i,j)像元灰度值。根据互相关运算条件，当函数f(x)和h(x)具备互相关关系时，应满足公式：

其中，R_fh(x)表示函数复共轭与反向平移、正向平移乘积的全域积分，引入相关运算符

则互相关运算关系可表示为：

将映射向量C_x,k(i)，C_y,k(j)与参考图像做互相关运算，则：

式中，C_r,k(i)，C_r,k(j)表示参考图像第i行，第j列映射向量；m,n表示图像行列数；Δ表示相对参考帧任一侧搜索宽度。当w₁＝W_xmin,w₂＝W_ymin时，R_fh(w,x),R_fh(w,y)分别取最小值，则第k帧图像相对参考帧在水平、垂直两个投影方向位移矢量为：

则振动矢量

可表示为：

沿条纹法线方向，反向移动振动矢量模长距离，实现条纹偏移修正，图像序列振动误差被有效控制。

像元振动多组分合成抗振步骤，随机抽取预处理后干涉图集内P帧干涉图像形成组分矩阵集合T3＝{T_1,1,...,T_1,u,...,T_1,p},T4＝{T_2,1,...,T_2,u,...,T_2,p}(u＝1,2,…,p)。以I_u,v(x,y)表示各组分像元光强值，则有关系：

其中；v＝1,2，基于T3,T4合成移相前、后两帧图像，合成图像可表示为：

其中，I′_v表示多组分合成图像各像元光强值，a_v,u表示组分系数，合成图像各像元光强值计算公式为：

(v＝3,4,x＝1,2,...n,y＝1,2,...,m)。为了计算得组分图像系数a_v,u值，对组分集T_3,u(u＝1,2,...,P)，提取各组分(每组行数为m)第k行元素组成矩阵S＝[T_3,1,k,T_3,2,k,...,T_3,u,k,...,T_3,p,k](u＝1,2,…,p)，设矩阵内元素最大值为I_max，对应列坐标为Y，各帧图像内包含干涉条纹波列数位为N，截取组分第k行Y-M/M列到Y列形成新矩阵S_Y＝[T′_3,1,k,T′_3,2,k,...,T′_3,u,k,...,T′_3,p,k](u＝1,2,…,p)，计算矩阵SY内元素均值并记为w，则有

基于元素均值w形成窄带包络区间ξ，取值范围Δ为[w-δ,w-δ]，根据包络区间ξ，定位矩阵SY各元素位置x_i并形成位置矩阵X＝[x₁,x₂,...,x_u,...x_p]，(u＝1,2,...,p)，其单位为像素，包络区间ξ取值范围Δ应低于波列极值宽度值10％。即：0＜δ≤(T′_1,max-T′_1,min)/20；其中，T′_3,max，T′_3,min分别表示干涉条纹波列极大，极小值。若位置矩阵元素中值记为x_mid，则中心位置元素可表示为：

通过第k列元素位置矩阵X＝[x₁,x₂,...,x_j,...x_n]与中心位置元素x_fin差值运算，反归一化处理，实现各组分第k列元素系数值计算，即：

对组分内各列像元均执行上述计算，并推广至组分集T4，则可获取T3、T4组分前系数矩阵为：

其中，(u＝1,2,...,p,k＝1,2,...,m)，设A_i(k,u)表示第i个系数矩阵第k行第u列元素，T_i,u(k)表示第i个组分集第u帧第k列元素，I′_i(k)表示第i帧合成图像矩阵第k列元素。则：

合成图像矩阵可表示为:I′_i＝[I′_i(1),...,I′_i(k),...,I′_i(m)]，(i＝1,2,k＝1,2,...,m)，矩阵内各像元光强值表示为：

(i＝1,2,x＝1,2,...n,y＝1,2,...,m)。

灰度投影相位解调步骤，控制相移器件，产生相移为π/2，则图像各像元光强为：

因此，沿

方向(条纹法线方向)对

进行灰度投影后为：

则背景光强项表示为：

消除背景光强信息后，图像光强可记为：

故有：

通过反正切运算计算可得：

对

项梯度投影得：

则合成图像矩阵像元

梯度投影值

计算过程转化

计算过程。取x轴方向i为投影方向，图像内坐标(ζ,η)的

项结果可表示为：

式中，ζ＝1,2,…,m，η＝1,2,…,n，ΔI_ζ表示矩阵相邻元素光强差值，Δζ表示对应坐标差值。若干涉条纹波列极大值点坐标为x_max，极小值点坐标为x_min，位置坐标距离ρ(x)表式为:ρ(x)＝x_max-x_min，故有：

则合成图像内坐标为(ζ,η)像元梯度投影值

表示为：

像元(ζ,η)背景光强项a(ζ,η)为：

式中，k为投影方向。推广至η行所有元素，以各像素点梯度投影均值为该行背景光强值，即：

当干涉条纹竖直分布时，矩阵内任意行包含多个完整干涉波列，图像矩阵以行为单元独立计算并去除背景光强。η行内各像元解调相位正切值可表示为：

推广至矩阵内任意行，则波前解调相位可表示为：

本发明实施例二的一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，包括以下步骤：(1)启动PSI***，将***进行校正；利用移相干涉仪，获取移相前、后干涉图像序列T1、T2，两个图像序列各N帧；(2)以T1、T2图像序列中心为原点，建立二维笛卡尔坐标系；并计算T1、T2序列各帧图像行、列投影，及映射向量；(3)进行映射向量、参考图像的互相关运算，并计算T1、T2序列在水平、垂直方向位移矢量，从而获得T1、T2序列条纹偏移矢量；根据所获得的偏移矢量，进行条纹偏移修正；(4)根据步骤(3)处理后得到的T1、T2干涉图像序列，随机抽取P帧干涉图像，构成组分矩阵集合T3、T4，提取T3、T4的各行元素组成矩阵S1，计算其均值；并基于元素均值窄带包络区间，定位矩阵各元素位置，进行差值运算、反归一化处理，完成列元素系数计算，获取组分系数矩阵，从而得到合成的移相前、后干涉图像；(5)基于步骤(4)所获得的合成干涉图像，选择投影方向，计算合成图像内各像元坐标以及像元坐梯度投影值，计算干涉图像各像元背景光强项；以合成图像矩阵行为单元，独立计算并去除其背景光强；(6)基于步骤(5)所获得的去除背景光前后的干涉图像，利用反正切法，计算行内各像元相位，并推广至图像内所有行，进而获得所有元素的波前相位信息；(7)结束。

本发明在实施过程中，所设计的移相干涉仪，可采用下列器材：

(1)光学平台1：精密防振光学平台，600*900*800mm，平面度：<0.05mm/m²，表面粗糙度：<0.8μm，固有频率；x方向：3.5Hz～6Hz y方向：3.5Hz～6Hz，振幅：<5μm，荷载能力：800kg/m²，重复定位精度：±0.05mm；

(2)计算机2：型号为研华IPC-610L-701VG，处理器inter i5-2400，支持JPEG硬件编解码，内存为4G bits DDR3。支持RGB 24Bit接口及TVOUT视频输出。显示器：型号三星C27F390FHC，分辨率1920*1080。

(3)PZT控制器3：压电陶瓷PZT驱动控制器模块，线性130V高压输出，控制回路数：1，相数：单相输出路数：13，准确度等级：0.2级，触点类型：1NO；

(4)CCD相机4：采用巴斯勒acA2400-50gm面阵CCD，2048*1536像素，成像区域大小为3626μm x 2709μm，像素大小为1.75μm x 1.75μm，最高速度可达50帧每秒；

(5)激光器5：波长532nm，200mw固体激光器，单纵模；

(6)调焦镜头6：富士HF25XA-1 1:1.6/25mm工业300万象素镜头，规格Format：2/3"；接口方式：C；焦距(mm)：12-36(可变)；光圈(F)：2.8-16C；视场角(水平HOR)°：41.0-13.6；最近物像距离(M)：0.2；有效口径：前

后

前置滤光镜螺纹

外形尺寸(

W×H×D mm)：41.6×53；

(7)中性滤光片7：中性密度滤光片，直径D＝25mm，光密度值＝4.0，灰色玻璃OD值2，D＝25mm，有效孔径：90％；

(8)透镜组8：光学镜片，直径25mm，凹透镜焦距-75mm，凸透镜焦距75mm；

(9)压电陶瓷9(PZT)：芯明天，型号：NAC2121，外径OD：6(±0.2)，内径ID：2(±0.1)，驱动电压：200V，位移±15％：3.3μm；推力±20％：1060N；

(10)标准镜10：口径：30.48cm，F数：0.82，参考面半径为224.99mm，透射波前峰谷值为0.095λ，均方根值为0.028λ；

(11)待测元件11：根据实际情况选择。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，包括步骤：

S1：干涉条纹振动矢量补偿步骤，通过两个视频流态中的条纹位移矢量计算，反向补偿振动矢量，实现干涉条纹偏移修正；

S2：像元振动多组分合成抗振步骤，基于灰度匹配预处理和多组分合成算法对残余振动误差补偿，进而获得消除振动误差的干涉图像；

S3：灰度投影相位解调步骤，通过梯度投影算法去除所述干涉图像背景光强，并通过反正切运算完成相位提取，实现待测元件波前相位信息重构。

2.根据权利要求1所述的基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，其特征在于，所述S1步骤进一步包括步骤：

S11：启动PSI***，将所述PSI***进行校正；利用移相干涉仪，获取移相前的第一干涉图像序列T1和移相后的第二干涉图像序列T2，T1和T2各N帧；

S12：分别以T1和T2中心为原点，建立二维笛卡尔坐标系；并计算T1和T2各帧图像行和列投影，以及映射向量；

S13：进行所述映射向量和参考图像的互相关运算，并计算T1和T2在水平和垂直方向的位移矢量，从而获得T1和T2的条纹偏移矢量；根据所获得的所述条纹偏移矢量，分别对T1和T2进行条纹偏移修正，获得T1的第一条纹偏移修正干涉图像序列和T2的第二条纹偏移修正干涉图像序列。

3.根据权利要求2所述的基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，其特征在于，所述S2步骤进一步包括步骤：

S21：对所述第一条纹偏移修正干涉图像序列和所述第二条纹偏移修正干涉图像序列分别随机抽取P帧干涉图像，构成第一组分矩阵集合T3和一第二组分矩阵集合T4；

S22：分别提取T3和T4的各行元素组成第一矩阵S1和第二矩阵S2，分别计算所述第一矩阵S1和所述第二矩阵S2的均值；

S23：基于所述均值的窄带包络区间，定位所述第一矩阵S1和所述第二矩阵S2的各元素位置；

S24：进行差值运算和反归一化处理，完成列元素系数计算，获取所述第一组分矩阵集合T3和所述第二组分矩阵集合T4的组分系数矩阵，得到合成的移相前干涉图像和移相后干涉图像。

4.根据权利要求3所述的基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，其特征在于，所述S3步骤进一步包括步骤：

S31：对所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像分别选择投影方向，计算合成图像内各像元坐标和像元坐梯度投影值；

S32：计算所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像各像元背景光强项；

S33：以合成图像矩阵行为单元，独立计算并去除所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像的背景光强；

S34：基于去除背景光前后的干涉图像，利用反正切法，计算行内各像元相位，并推广至图像内所有行，获得所有元素的波前相位信息。

5.根据权利要求4所述的基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，其特征在于，所述S1步骤中：

通过CCD靶面依次采集0.5秒间隔内，相移π/2的两个视频流态，并以干涉图像中心为原点建立二维笛卡尔坐标系，以条纹摆动中心图像为参考帧，计算条纹振动矢量；最终反向移动振动矢量，实现条纹偏移修正。

6.根据权利要求5所述的基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，其特征在于，所述S2步骤中：

随机抽取所述第一条纹偏移修正干涉图像序列和所述第二条纹偏移修正干涉图像序列内的P帧干涉图像构成组分矩阵集合，提取各组分行元素构成新的矩阵，计算矩阵内元素均值；并基于元素均值形成窄带包络区间ζ，来定位矩阵各元素位置，得到位置矩阵；最终通过列元素位置矩阵与中心位置元素差值运算和反归一化处理，实现各组分列元素系数值计算，并推广至组分集，获取组分前系数矩阵，进而完成干涉图像组分融合，得到所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像。

7.根据权利要求6所述的基于组分合成和梯度投影的激光干涉相位解调方法，其特征在于，所述S3步骤中：

采用两步移相技术；检测过程中，通过控制相移器件，产生相移为π/2，获取相移前、后两个干涉图像序列，并基于所述梯度投影算法，计算根据所述移相前干涉图像和所述移相后干涉图像的图像矩阵背景光强项，利用反正切算法完成相位提取，完成波前相位信息解调。

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