基于图像分析技术的实用相位恢复去包裹技术

相位恢复去包裹技术是相移干涉中的重要环节。本文介绍一种去包裹的新算法 ,该算法基于相位连续平滑的特点 ,在传统算法的基础上 ,提出包裹点判断门限的智能确定方法。引入图像分析处理技术 ,以识别并修正传统算法产生的误差点和由于误差点延伸产生的畸变点。应用结果表明 ,此算法不但计算量小 ,速度快 ,而且极大地降低了去包裹操作引起的相位信息变形失真的可能性 ,保证了较高的相位恢复精度。该算法在连续平滑相位相移干涉测量中具有很好的实用性     

级数相位去包裹方法

提出了一个简单的相位去包裹方法－－条纹的极数相位去包裹算法,将其用来恢复物体的真实相位。与传统的条纹相位去包裹方法相比较,该方法能够消除光载频、物体边缘、阴影和盲点的影响。理论分析和实验结果证明该方法适用于条纹空间相位测量方法解调的包裹相位。     

数字散斑相位图去包裹新算法

提出了一种新的数字散斑相位图去包裹算法,主要针对检测对象为复杂非连续物体这一情况。物体在激光照明下,采用光学相位反相相减图像的方法来检测并标识出相位间断区,并利用改进了的行列去包裹算法。使去包裹过程只在相位有效区域进行,从而准确快速地实现全场有效区域的相位去包裹。与已提出的相位去包裹方法相比,该算法具有计算量小,速度快,并能有效地避开大面积的相位间断区的优点,该方法使数字散斑技术可以方便地应用于工程实际中如对复杂非连续构件的变形、振动等方面的定量分析。     

相位图去包裹方法及其进展

近年来付立叶变换法和相移法在辅助光学测量中得到了广泛的应用,但处理后的相位图一般包裹在[-π,π)间,要获得正确的物理变化信息,需要对原始相位图进行去包裹运算。相位去包裹算法主要有传统算法、分割线算法、最小二乘算法、细胞自动机算法、付立叶变换算法、质量导向图算法等。本文较详细地阐述了几种相位去包裹算法的数学模型和基本原理及其最新进展,分析了各自的优缺点及其适用范围。     

一种用于三维面形测量的新的去包裹方法

本文提出一种可用于三维面形测量的新的去包裹方法。它在原有传统去包裹的基础上提出分割线的方法,能够正确标出应该参与去包裹的象素点及由噪音造成的相位不连续点,因而,在相位图存在噪音及信噪比较低的情况下仍旧可以得到正确且唯一的去包裹相位值。在三维面形测量中,去包裹后的相位值可以真实反映待测物体的面形,因此有很大的理论价值及实际意义。     

基于图切割的相位展开

剪切散斑干涉术中,普遍采取相移法提取相位,只可得到被包裹的相位信息,进一步量化计算之前,必须展开相位,但是大量的散斑噪音使相位展开变得非常困难.本文提出基于图切割理论的相位展开算法,将相位展开等价于整数的最优估计问题,通过最小化能量函数展开相位,无需对散斑包裹相位图进行滤波,就可以从包含大量散斑噪音的包裹相位图中准确地提取出真实相位,极大程度地保留了相位包裹图中的细节信息.对于同一幅模拟的散斑包裹相位图,传统的质量导向枝切法和最小二乘法的均方根误差分别为11.707 6和4.977 5,新算法的均方根误差则为0.945 9,数值模拟与实验结果均验证了新算法优良的抗噪性能.     

基于图切割的相位展开

剪切散斑干涉术中,普遍采取相移法提取相位,只可得到被包裹的相位信息,进一步量化计算之前,必须展开相位,但是大量的散斑噪音使相位展开变得非常困难.本文提出基于图切割理论的相位展开算法,将相位展开等价于整数的最优估计问题,通过最小化能量函数展开相位,无需对散斑包裹相位图进行滤波,就可以从包含大量散斑噪音的包裹相位图中准确地提取出真实相位,极大程度地保留了相位包裹图中的细节信息.对于同一幅模拟的散斑包裹相位图,传统的质量导向枝切法和最小二乘法的均方根误差分别为11.7076和4.9775,新算法的均方根误差则为0.9459,数值模拟与实验结果均验证了新算法优良的抗噪性能.     

相位锁定循环投影技术及其应用

由一组规则栅线投影到物体表面的变形光栅,采用相位锁定循环解调算法解调出含有物体表面高度信息的相位.该技术的最大优势是不需传统的相位去包裹.利用该算法对二维栅线图扫描确定的相位.本文给出了一个典型试件的实验结果和分析.     

数字全息显微术中三种相位展开算法的比较研究

为了解决数字全息显微术相位重建中的欠采样问题,引用一种基于横向剪切干涉术的改进型最小二乘法相位展开算法,并与基于离散余弦变换的原始最小二乘法算法以及质量图导向路径算法进行比较。采用欠采样高斯函数进行计算机模拟,并进行了实验验证,结果表明了横向剪切干涉术方法的有效性。上述改进型最小二乘法相位展开算法在解决包裹相位图中的欠采样问题更有效,从而能够更精准地重建物体的相位信息。     

基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法

为了提高测量速度,提出一种基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法,只需采集一帧图像,就能实现高速测量以及动态物体轮廓测量中的相位去包裹。论述了双频相位测量和变精度去包裹原理,并详细分析影响测量精度的因素。该方法采用计算机生成一帧双频双色正弦条纹图,用液晶数字投影仪投影,并用傅里叶变换的方法对两个单色条纹图进行分析,获得高低两种精度的被测物体高度信息,从而进行变精度去包裹处理。结果表明,利用该方法提高了测量速度,可得到较高的去包裹精度,其测量最大绝对误差为 1．413～-1．582 mm,标准差为0．363 mm。     

非线性小数重合法及其在轮廓测量中的应用

叠相还原的困难是光栅投影式轮廓测量技术中影响可靠性和阻碍自动化测量的最大问题。本文提出了一种新型的时域叠相还原算法－－非线性小数重合法,这种新方法可以将可靠测量扩大数部,而不失测量精度。文中详细论述了非线性小数重合法的原理,并给出了轮廓的可靠测量的实验结果。     

光弹性测量中的位相展开

根据调制度排序，提出了一个新的用于模型全场光弹条纹级次测量的位相展开方法，并进行了实验验证。在位相展开区域的边界上，位相展开的路径由像素的强度调制决定。这个方法的优点是很明显的，即使在最坏情况下，其误差也限制在局部最小区域上。     

相位解码的时-空重建算法

基于相位映射的三维传感技术对几何形状和拓扑结构复杂或表面梯度很大的物体进行绝对相位测量及相位重建仍然是一个困难的问题。近年来国际上提出了一种时间维度相位重建算法可以对此提供一种解决方案。然而,该算法对结构光照明系统提出了很高的要求,当系统无法满足算法要求时,重建结果存在严重的噪声。针对这一问题,提出了一种利用分段函数构造的相位解码的时空重建算法。该算法在相位重建过程中同时考虑时间维度和空间维度相位的相对关系,使得空间频率非严格按指数增长的条纹序列可以得到正确的重建,消除了跳变边界的相位模糊问题,从而可以更加有效地解决深度表面不连续和存在相互孤立物表面拓扑结构的景物相位重建问题。实验结果证明了此算法的可行性和有效性。     

三维相位展开算法在精密运动测试中的应用

三维相位展开算法将基于空间的相位展开算法拓展到时间轴上,包含了一维时间和二维空间信息,适合于运动测试。通过建立一维时间相位展开算法的数学模型,分析了该算法运动测试的基本原理,讨论了在精密测试中的使用方法和适用范围,并对微谐振器的微结构进行运动测试。实验表明,算法在相位展开中引入时间信息,不仅消除了形变测量中需选取静止点为相位参考点或参考平面的限制,还可以同时测量物体表面某点纳米级的离面运动曲线和表面形变。     

利用颜色编码辅助计算绝对相位的傅里叶轮廓术

针对传统去卷积算法时间需求的弊端,提出一种新的使用颜色编码辅助的绝对相位并行计算方法。该算法采用对光栅数目需求最少的傅里叶变换轮廓术（FTP）做为卷积相位求取的方法;颜色编码光栅被用来标识轮廓的序数。直接使用FTP计算出的卷积相位以及从彩色光栅中获得的轮廓序数,即可方便求出当前像素的绝对相位值;同时只用一副图像标识轮廓序数也比其他轮廓序数标识方法简单。本方法由于使用绝对相位计算方法,局部相位误差不会扩展。实验结果也证明了此算法对于多个分离物体以及复杂物体的有效性。     

仿视觉过程的相位展开方法

在所有基于条纹分析的光学测量中,相位展开问题是难以避免的问题。所有传统的相位展开方法的共同点都是在相主值图中通过邻域内相主值差和寻找无噪声的相位展开路径来完成的。如果不利用整幅图像像素间的联系,则误差会沿展开路径传播。根据人眼识别栅线图周期的过程提出了一种与以往完全不同的相位展开方法。经过初步提取周期分界线、修补分界线和根据分界线确定周期三个步骤即可完成相位展开过程。该算法的原理简单明了,实现起来相对简单,只需单幅条纹图像即可得到周期,因而可用于动态测量。实验结果验证了该算法的可行性。     

含噪声包裹相位图的加权最小二乘相位展开算法研究

二维相位展开广泛应用在精密光学测量、自适应光学、合成孔径雷达、图像处理等领域中。为处理含噪声包裹相位图,以预条件共轭斜量法求解权重最小二乘相位展开方程。引入非加权二维离散余弦变换求解泊松方程得到的最小二乘相位解作为共轭斜量法的初始解,从而加快了收敛速度,同时提出一种新质量图确定算法求解过程中的权重项。计算机模拟和试验表明算法计算速度快,能有效地消除传统路径积分法在处理信噪比低包裹相位图时的"拉线"现象,是一种有效的相位展开方法。     

基于多频外差原理的相位校正及匹配方法研究

利用多频外差原理推导四频光栅条纹相位解包裹过程,同时,为了减小相位解包裹误差,提出一种相位校正的方法,并分析了相位校正对匹配结果的影响;通过将校正后的绝对相位值作为匹配的依据,利用极线对上基于相位的亚像素匹配方法;利用三维重建技术获取物体的三维点云数据。实验结果表明:平面测量的匹配率提高了4.97%,测量精度达到0.189 5 mm。     

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。