基于统计滤波的单幅散斑条纹图的相位恢复技术

基于统计信号处理技术的贝叶斯（Bayes）估计原理，提出一种新的滤波方法。该方法能有效减少散斑条纹图中的噪声，而且仅用一幅散区斑条纹图就能获得准确的条纹相位分布，通过实例说明了该方法的处理过程。     

单幅条纹图相位解调的小波分析方法

相位解调是条纹相位分析的关键问题.本文提出一种应用小波频率估计联合频率导数对变形条纹进行瞬时频率分析,从中提取参考基频,从而依靠单一变形条纹实现相位解调的方法.首先,理论上证明了当变形条纹瞬时频率空间导数等于零,该空间点的瞬时频率等于参考基频频率;其次,引入Gabor小波提取变形条纹的瞬时频率空间分布,利用变形条纹瞬时频率的空间导数分布识别提取参考基频,从而实现相位解调.利用该方法进行了三维形貌测量的实验,结果表明该方法在实现相位解调中效果良好.     

单幅条纹图相位解调的小波分析方法

相位解调是条纹相位分析的关键问题.本文提出一种应用小波频率估计联合频率导数对变形条纹进行瞬时频率分析,从中提取参考基频,从而依靠单一变形条纹实现相位解调的方法.首先,理论上证明了当变形条纹瞬时频率空间导数等于零,该空间点的瞬时频率等于参考基频频率;其次,引入Gabor小波提取变形条纹的瞬时频率空间分布,利用变形条纹瞬时频率的空间导数分布识别提取参考基频,从而实现相位解调.利用该方法进行了三维形貌测量的实验,结果表明该方法在实现相位解调中效果良好.     

用相位恢复方法测量多孔光纤的三维折射率分布

结合计算机断层成像方法，提出了一种新的相位恢复显微测量实验技术.应用该技术测量了多孔光纤的三维折射率分布.这种技术是基于强度传递方程的理论，对相位的测量是直接的，测量对光纤无损害.这是一种测量多孔光纤的三维折射率分布的有效方法. 关键词： 断层法 相位恢复 显微测量 多孔光纤     

散斑干涉相位条纹图的频域滤波处理

为了解决在数字散斑干涉技术测量时,散斑干涉相位条纹图像中大量噪声对相位解包裹结果和精度产生严重影响的问题,介绍了一种条纹正余弦分解和频域低通滤波结合的方法,实现了散斑干涉相位条纹图的高精度滤波。该方法的基本思路是在对相位图像进行滤波处理前,先将相位图通过正余弦函数进行映射转换成两幅图,分别经过频域滤波,然后再合成为相位图。这种分解频域滤波方法可以在滤波的同时,有效保留相位跳变信息。实验结果表明：与传统的图像降噪方法相比,该方法能够在保留图像“尖峰”信息的基础上,较好地滤除图像中的散斑噪声,方法简单有效,有效解决了传统滤波方法应用在相位条纹图中,相图灰度信息丢失10%~40%的问题。     

基于傅里叶变换的单帧闭合条纹相位解调方法

提出一种有效的单帧闭合条纹解调方法,该方法采用傅里叶变换、带通滤波器和傅里叶逆变换估得初始相位,然后通过图像分割、相位符号校正和Zernike多项式拟合得到高准确度相位分布.用图像分割和相位符号校正解决了相位符号不确定性,用Zernike多项式拟合抑制了分割线附近的局部相位误差.数值分析了残余相位误差与干涉图参量(如倾斜量、离家量和随机噪音)之间的定性关系,结果表明:该方法所得相位与ZYGO移相干涉仪测试结果吻合较好,残余相位误差小于参考值的1/10,验证了该方法的有效性.     

小波变换轮廓术中用小波脊系数幅值引导相位展开的研究

为了减少小波变换轮廓术中相位展开过程的误差传递,从小波变换的相关实质出发,提出了在小波变换轮廓术中利用以前被忽略的小波脊系数幅值作为可靠度判据指导相位展开的方法.该方法选择最大幅值的小波脊系数所在位置作为相位展开起始点,根据小波脊系数幅值的大小,确定一条由大幅值到小幅值的最优化的展开路径,最大限度减少了相位展开过程中的误差传递.由于充分利用了小波变换系数的幅值信息,最大限度减小了相位展开过程中的误差传递.计算机模拟和实验验证了基于小波脊系数幅值的相位展开方法的正确性.     

欠采样包裹相位图的恢复方法

针对非球面光学元件面形检测中的欠采样问题,提出了一种欠采样包裹相位图的恢复方法.首先,将原始欠采样包裹相位图在水平和竖直两个方向进行一个像素的错位相减,得到两个包裹相位差图.其次,对这两个包裹相位差图进行解包裹运算,得到两个解包裹相位差图.最后,应用傅里叶变换和最小二乘法恢复出连续的相位分布.模拟结果表明该方法可以高精...     

相位编码条纹投影轮廓术的相位展开误差校正方法

相位编码法是条纹投影技术中常用的一种相位展开方法。然而,受到随机噪声、图像采样、系统离焦等因素的影响,条纹阶次与包裹相位的对应关系容易被破坏,从而引入相位展开误差。根据相位展开误差的分布特点,提出一种附加二值条纹的相位展开误差校正方法。引入的二值条纹与相位编码条纹的码字存在半周期错位,使得计算出的2组条纹阶次值具有互补性,利用两者的互补性可以有效地消除相位展开误差。仿真和真实实验均表明,该方法能够准确地恢复出被测物体的绝对相位,具有较高的可靠性。     

基于分支设置的质量导引相位展开算法

二维相位展开方法是近年来较为活跃、引起关注的一个研究课题,它在许多测量应用中有着重要的作用。尽管掩膜阻断算法在多个领域都有成功应用实例,该算法存在着固有的缺陷。为了克服掩膜阻断算法的缺陷,综合分支阻断方法和质量导引方法的优点,提出一种基于分支设置的质量导引相位展开新算法。它先以一个初始质量图来引导分支的设置,然后把分支对应的相位质量设置为最低,从而产生一个新的质量图,最后按新质量图来引导相位展开,并使用几个包裹相位图来验证此方法的有效性。计算机模拟相位图和实际相位图的相位展开结果表明,在存在复杂轮廓不连续和高噪声的情况下,该算法优于模板阻断算法,能得到较好的相位展开结果。     

Demodulation of a single interferogram based on continuous wavelet transform and phase derivative

A novel method based on continuous wavelet transform (CWT) and guidance of phase derivative is developed to measure the phase of a single fringe pattern which contains closed fringes. Wrapped phase values are retrieved by ridge extraction algorithms based on CWT which has the capability of better noise reduction and thus increases the resolution of measurement significantly. To further reduce the noise, the scales detected by maximum ridge algorithm are filtered iteratively before retrieval of wrapped phase. The proposed method also identifies any ambiguous point in a non-monotonous fringe pattern by directly tracking an inflexion point from an unwrapped phase map without the use of a carrier. The algorithm developed is validated by computer simulation and experimental results. Based on micro interferometry the experimental results for both static and dynamic deformations of a micro structure demonstrate that the proposed method is an effective tool for the analysis of closed fringe patterns and subsequent deformation measurement. However, the proposed technique is limited to measurement of surface which is relatively smooth compared to the mean wavelength of the light source. In addition, prior knowledge of the sign of surface slope is required in cases where a spatial carrier is not available or adaptable.     

Continuous wavelet transform for micro-component profile measurement using vertical scanning interferometry

White-light interferometric techniques have been widely used in three-dimensional (3D) profiling. This paper presents a new method based on vertical scanning interferometry (VSI) for the 3D profile measurement of a micro-component that contains sharp steps. The use of a white-light source in the system overcomes the phase ambiguity problem often encountered in monochromatic interferometry and also reduces speckle noises. A new algorithm based on the continuous wavelet transform (CWT) is used to retrieve the phase of an interferogram. The algorithm accurately determines local fringe peak and improves the vertical resolution of the measurement. The proposed method is highly resistant to noise and is able to achieve high accuracy. A micro-component (lamellar grating) fabricated by sacrificial etching technique is used as a test specimen to verify the proposed method. The measurement uncertainty of the experimental results is discussed.     

三维测量中一种新的自适应窗口傅里叶相位提取法

针对多尺度窗口傅里叶变换中,窗口尺寸的自适应选取及提取基频时的频谱混叠等问题,提出基于希尔伯特-黄变换(HHT)的自适应窗口傅里叶相位提取法。对变形条纹信号进行HHT后,通过谱分析,自适应确定能够准确描述条纹信号变化情况的瞬时频率及条纹图的背景分量。根据所得的瞬时频率,给出自适应定位条纹信号局部平稳区域的步骤,进而确定窗口尺寸。不需额外计算,可有效去除背景分量以减少基频提取过程中零频频谱的干扰。与现有的用最大脊法确定窗口尺寸的方法相比,本方法不受被测相位必须线性逼近且变化缓慢的前提约束。实验证明本方法有效、可行,且对测量携带陡峭边缘或面形复杂的物体也能进行较为精确有效的测量。     

横向剪切干涉的波前重构新方法

在常规横向剪切干涉仪的基础上,利用波前周期延拓的假设,基于小波变换的方法实现了波前重构。这种波前复原实现了光滑波前的快速重构,并且能够较好地快速重构非模式波前。数值模拟表明,该方法对波前复原的精度优于常规多项式拟合方法。利用该方法在不均匀介质对波前的扰动的测量重构表明,重构波前比常规多项式拟合重构波前合理。     

基于双频投影条纹的全自动相位解包裹方法

为了在相位轮廓测量术中更简便可靠地获取待测面的相位场,提出了一种利用双频投影条纹的叠栅特性进行全自动相位解包裹的方法。该方法通过分析双频投影条纹的条纹级数之间及相位之间的关系,推导了一套利用该双频条纹的相位主值获取真实相位场的公式。在利用这套公式进行解包裹时,各点的相位求取都是单独进行的,因此不会出现误差传递的现象;同时求解的相位场保持了相移法求解的相位精度。实验证实了该方法的可行性,并得到很好的测量结果。     

一种基于瞳面相位差的波前传感器相位恢复

根据瞳面相位差波前传感器的特点,提出把模式分解和随机并行梯度下降算法结合起来实现波前相位的恢复.以32单元变形镜的初始面形和Roddier提出的相位生成方法随机产生的一帧相屏为研究对象,分析所提出的相位恢复算法的性能.结果表明,两种情况下的畸变波前都得到了很好的恢复.当像差仅含有低阶成分时,使用模式分解法就可获得令人满...     

一种新的快速解相位方法

提出了一种快速可靠的4步相移编码-解相位算法。通过对中心条纹的光强进行摄动,将编码信息加入到基本相移光栅中,使4幅基本相移图不但包含了相位场主值信息,还包含了解相位所需的编码信息。建立了摄动度函数描述相移图的摄动信息进而得到编码信息,解出完整的相位值。对摄动度函数的误差和噪声进行分析,提出方向滤波方法来消除噪声,极大地减少了编码信息的误判情况。仿真和实验证实了本算法的可行性。与传统相移法相比,解相位的速度和可靠性得到明显的提高。     

基于傅里叶变换的高精度条纹细分方法

针对传统傅里叶变换法在提取条纹图相位中存在的能量泄漏问题,提出了条纹图整周期裁剪的方法,可有效抑制能量泄漏对检相精度的影响,提高傅里叶变换法相位计算的精度。在此基础上,提出了一种基于傅里叶变换时移特性的叠栅条纹细分新方法。与传统傅里叶变换法相比,该方法求取相邻两帧条纹图间的相移,只需经过两次傅里叶变换,不需要截取条纹图的基频再逆变换回空域,因此计算量至少减少了一倍,计算速度大大提高。数值计算结果表明,对两束单色平面波形成的条纹,理想条件下细分精度高达10-12量级;对高斯包络调制的条纹,细分精度至少可达10-3量级。     

Investigation of a dual-layer structure using vertical scanning interferometry

This paper proposes a method based on white light vertical scanning interferometry (VSI) to investigate a dual-layer structure. The optical arrangement is based on a modified Michelson interferometer that utilizes a reference beam and two object beams. Each object beam interferes with the reference beam and produces an interferogram. A series of interferograms are obtained on a dual-layer structure and the thickness of each layer is obtained. A continuous wavelet transform (CWT) is used to extract the envelope of each interferogram in order to determine the peak intensity that provides an indication of each layer's boundary. Tests are conducted on a semiconductor wafer and a micro-gear made of polymeric material deposited on a metal substrate. Results show that the proposed method has a good potential for investigating a dual-layer micro-structure.     

利用贝叶斯估计法对双频投影条纹的相位进行修正

为了进一步提高双频投影条纹的相位精度,提出以双频投影条纹的条纹级数为坐标建立级数坐标系的分析方法,使得条纹级数(或相位)及其误差的描述变得非常直观。在条纹级数坐标系内,利用贝叶斯估计的方法对相移法求解的条纹相位进行修正,使条纹相位精度得到进一步提高。仿真实验和真实实验证明了此方法的有效性。其中实际实验在利用本修正法修正后,相位均方误差从0.014rad下降为0.009rad,高度均方误差从0.058mm下降为0.041mm。