相移相位测量的全息再现算法及测量误差分析

用全息原理和方法研究相移相位测量,得到了N步整周期相移再现物光波复振幅同步叠加函数(N步相移函数),同时提出一种新的相移相位测量误差分析和最大误差估计方法。N步相移干涉图是以理想平行光为参考光的无衍射同轴全息图,将其与对应的相移参考光相乘后求和得到N步相移函数;在理想情况下,这是一种复振幅分离、测量和物光波复振幅函数同步叠加方法,存在误差时计算出的相位是最小二乘方法的最佳期望结果。利用N步相移函数得到的N 1步相移函数,说明非理想N步相移函数是理想N步相移函数与误差函数之和,可以把相位型误差转化为与振幅和强度相对误差同等的误差来对待,降低了相位测量中误差估计的难度,给出了N步相移算法最大误差的估计方法和公式。     

基于自调谐相移干涉算法的相移误差分析

相移干涉技术由于其测量精度高的特点被广泛应用于波面检测干涉仪中。相移误差为测量过程中主要误差来源。基于一种自调谐相移干涉算法,研究在标定误差和随机相移误差下,算法的波前相位还原精度。对于标定误差,算法能精确地求解出实际相移步长,从而极大地提高了相位还原精度。与经典五步Hariharan算法对比,仿真结果表明,该算法的相位还原PV(峰谷)、RMS(均方根)误差响应更低,其PV误差响应远低于10^-3λ(λ为光源中心波长),而Hariharan算法在10^-3λ量级。基于自调谐算法在标定误差时的相位求解过程,扩展该算法以更适用于随机相移误差。在相同20%随机相移误差范围内,与Hariharan算法计算结果偏差的绝对值接近10^-9λ,能达到较高还原精度。将该自调谐算法运用在干涉仪测量光学元件表面形貌实验中,实验结果表明,与Hariharan算法相比,自调谐算法在仅存在标定误差时,能较明显地抑制纹波误差,两者计算面形PV存在偏差。在较小振动环境下,两种算法计算得到的相位面形分布高度一致。     

一种用于在线三维测量的五步非等步相移算法

提出了一种五步非等步相移算法,并成功应用于在线三维测量中。仅投影一固定正弦光栅条纹到物体上,通过物体在线运动产生等效相移,在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图,通过像素匹配使各帧条纹图中的物点一一对应并计算出相应的等效相移量。采用所提出的五步非等步相移算法,即可重构物体。计算机模拟与实验验证了该方法的可行性和有效...     

基于多光束干涉原理的相移算法研究

针对多光束干涉原理的相移算法包括算法误差及步长优化等问题，以菲索干涉仪精密测长为 应用背景进行了研究.利用干涉光学的基本原理导出了在多束光干涉(经光学面多次反射、透 射)的情况下干涉光强随相位分布的精确公式；在此基础上，通过数值分析的方法得出了利 用菲索干涉仪精密测长的相移步长的优化取值范围和干涉光束最佳初相位差的范围；对余弦 依赖算法所引起的光强误差分别就四步法、五步法得出了不同的依赖关系；并对多光束干涉 算法中几种主要的误差来源进行了不确定度评估. 关键词： 相移算法 多光束干涉 精密测长 不确定度     

相位测量轮廓术中随机相移误差的校正算法

在相位测量轮廓术(PMP)中．随机相移误差足导致测量误差的重要因素,提出一种新的随机相移误差的校正算法,在五步相移的基础上不需要求解相位分布．通过近似处理可以直接求解相移过程中存在的随机相移误差,在保证精度的情况下,能大大减少迭代次数和计算量。推导了新算法的计算公式,详细说明了随机相移误差的求解过程。计算机模拟和实验证实了新的算法的有效性。与In-bok Kong的算法相比较,新算法能大大减少迭代次数和计算量。该新算法也同样适用于相移干涉计量。     

几种任意步距步进相移算法的误差分析与对比

介绍了到目前为止的几种任意步距步进相移算法,并针对相移干涉仪的两种主要误差———移相误差和探测器非线性误差进行了计算仿真,进而比较分析了它们对这这些误差的抑制能力,其结果可为实际应用合理地选择算法提供理论依据。     

一种基于背景校正的2+1相移算法

由于投影仪与相机普遍存在的伽马非线性效应,变形条纹图直流项与背景图光强分布并不相等,会引入测量误差.本文在传统2+1相移算法中引入背景校正,以所捕获的背景图光强分布为模板,采用最小二乘原理逼近变形条纹图的直流项,能有效提高测量精度.所提2+1相移算法中两帧相移正弦光栅的相移量不再固定为π/2,可任意,算法更灵活.实验结果验证了该算法的有效性和实用性.     

精密干涉测量中余弦依赖算法的误差研究

针对相移算法中以双光束干涉为基础的余弦依赖算法的算法误差,以菲佐干涉仪精密测长为应用背景进行了研究。利用干涉光学的基本原理导出了在多束光干涉（经光学面多次反射、透射）的情况下干涉光强随相位分布的精确公式;通过数值分析得出了在给定参量条件下忽略次级反射光所引入的光强误差达到14．4％;对余弦依赖算法所引起的光强误差分别就四步算法、五步算法得出了不同的依赖关系：由于四步算法比五步算法对光强误差更为敏感,因而五步算法具有更高的准确度;对于两个反射面均具有较高反射率的情况,必须考虑算法误差;当测长准确度要求不太高时,在两个或至少其中一个反射面反射率较低的情况下可以忽略算法误差的影响。     

PMP中基于亚像素相移的噪音抑制算法

提出一种基于亚像素相移的噪音抑制算法,通过正弦条纹灰度的连续变化来实现亚像素相移,从而增加相移帧数.采用N-Bucket算法,解决了相移帧数增加后的计算量问题.模拟及实验表明,该方法可以有效地抑制噪音影响,提高测量准确度.     

相移技术中五步等步长Stoilov算法的性能分析

Stoilov算法是近几年提出的一种五步等步长相移算法。有关文献中的误差分析表明 ,该算法的性能优于四步等步长Carr啨算法闹懈隽耍樱簦铮椋欤铮鏊惴ǖ恼繁泶锸?,采用线性误差理论详细分析了算法的性能 ,尤其是算法性能对相移步长的依赖关系。分析表明 ,可以选择一个最佳的相移步长以有效减少位相测量误差 :相移步长为 5 2°时可有效抑制二次相移量误差的影响 ;相移步长为 90°时可极大地减少光强误差的影响。最后给出了Stoilov算法与Carr啨算法和Hariharan算法的比较。     

双步相移光栅投影测量轮廓术

双三步相移算法证明可以较大地减少数字光栅投影测量轮廓术的测量误差,基于理论分析与实验验证,针对常用的四步、五步相移算法,提出了相应的双四步、双五步相移算法。通过两次传统相移算法得到两幅主值相位图,直接融合两幅主值相位图即可获得测量所需的相位信息,与已有的针对两幅展开相位进行相位融合方法相比,此方法实现简单且更加有效。相较于双三步相移算法,双四步和双五步相移算法实现简单且能够极大地减少测量误差,仅需通过投影2倍数目传统相移算法所需的投影光栅,且可保持常用三步、四步及五步相移算法固有的优点。     

通过相移条纹图差分测定相移量的方法

提出一种通过两幅相移条纹图相减来确定它们之间相移量的方法,进行了理论分析和实验验证。两幅相移条纹图相减并归一化后,得到的相移差分函数是振幅只与相移量有关的正弦函数,可以通过确定该函数最大极值的方法得到振幅,进而计算出相移量。介绍了极值直接查找法和平均法两种实现最大极值测量的方法。由于不使用傅里叶变换,减少了运算时间,既可以用于高空间频率条纹,也可以用于稀疏平行条纹,以及任意花样的条纹。在衬比度因子确定后,用这种方法就能够直接在空域内确定两幅条纹图之间的相移量,通过大量采样点进行统计计算,使结果达到很高的精度。将所得到的结果与用傅里叶变换方法得到的结果进行了比较,表明两种方法得到的结果具有完全相同的精度。     

基于二维光栅分光的同步移相干涉测量技术

为了干涉测量的抗振目的,提出了一种新的同步移相干涉测量方案并搭建了实验装置。整个测量系统在迈克耳孙偏振移相干涉仪的基础上,利用一个正交的二维光栅产生对称分光,选取对于理想光栅衍射效率一致的(±1,±1)级衍射光作为测量分光路,使之分别通过偏振方向依次相差45°的一个偏振片组,从而分别形成0°、90°、180°和270°相移的四幅移相干涉图,按照传统的四步移相算法,对被测波面进行了复原。分析了光强畸变和移相误差对系统的测量误差的影响。利用该系统测量一球面系统,结果与在ZYGO干涉仪上相比较,球面系统的均方根误差相差0.012λ,峰谷值相差0.051λ。     

提高数字全息再现像像质的两步相移迭代算法

在两步相移数字全息术中,相移误差直接影响着零级像和共轭像的消除.为了消除相移误差,获得实际相移值,提出了一种基于相位统计特性的两步相移迭代算法.首先利用全息图的相位统计特性计算出初始相移值,然后用数字全息图再现像抽样点强度偏差之和作为评价标准,通过迭代计算寻找参考光的真正相移值.该算法能对任意未知相移量进行提取,从而有效地消除零级像和共轭像,提高了再现像质量.理论分析和光学实验结果证明了该方法的可行性和有效性.     

一种机械扫描式精密相移测长方法

以相移干涉测长为应用背景,提出了一种基于“机械扫描”的相移测长方法。利用超高弹性石英材料研制出了干涉测长所需的单体3路相移装置,并利用该相移装置建成了相移测长装置,成功地将位移传感器的量值在线溯源到光学频率标准,从而实现了对3路相移的准确测量。介绍了一种引入步长控制误差的“新五幅相移”实现相位解算方法,算法准确度达到0.01%。对不确定度的定量分析结果表明,基于该机械扫描式相移技术构建的绝对长度测量系统准确度可达0.5 nm。     

High Accuracy Phase Measurement in Phase-Shifting Speckle Interferometry

A method for accurately measuring information about the deformation of a rough surface object using a phase-shifting speckle interferometer with a television camera and a computer is considered. In this case, the intensity change of the speckle by phase-shifting varies randomly in space because of the statistical property of the speckle. Then, at points with small intensity change, the accuracy of the phase measurement is affected significantly by the quantization error of an analog to digital converter for data recording. To improve the accuracy, the statistical property of the interference speckle must be clarified. This is done theoretically and experimentally, and the experimental results show that higher measurement accuracy can be attained by selecting large amplitude points.Presented at 1996 International Workshop on Interferometry (IWI ‘96), August 27–29, Saitama, Japan.     

消除移相干涉测量中线性移相误差的五帧算法

在移相干涉测量中存在着移相器的移相误差,这对测量结果的精度有很大的影响。提出了消除移相器线性误差的五帧算法,使用该算法对五帧干涉图像进行处理。使用MATLAB软件针对移相干涉测量过程进行了模拟仿真。仿真结果表明,该算法在相位提取过程中可以消除移相器的线性误差因子,并对于常见的高斯噪声影响不敏感,从而提高了表面形貌测量精度。