基于条纹中心线的载波散斑条纹解调方法

针对传统傅里叶变换法在处理含有多突起的载波散斑条纹图时,由于存在频谱展宽会出现严重的解调相位失真,提出了一种基于条纹中心线的载波散斑条纹解调方法.根据载波调制时所采用平行调制方式和倾斜调制方式,分别从理论上对相关的中心线解调法进行数学推导,并进一步采用最小二乘三次曲面拟合法获得被测物面全场的离面位移信息.实验结果表明:利用上述中心线解调法和曲面拟合法能解调出复杂的载波条纹图,并获得具有亚像素定位准确度、连续光滑的全场离面位移信息.     

基于调制方向提取载波散斑条纹中心线的方法

条纹中心线法是一种重要的电子散斑干涉条纹解调方法,其前提条件是获得高准确度的条纹中心线.本文在分析载波电子散斑干涉条纹自身特征的基础上,提出了一种基于载波条纹调制方向提取条纹中心线的方法.该方法首先通过同态滤波有效滤除高频乘性散斑噪音,提取出载波条纹;然后应用基于调制方向提取中心线算法确定载波条纹灰度极值点并做二值化处理;再采用基于中心线拟合或者基于条纹间距的边沿中心线补偿法,获得完整的条纹中心线图.实验结果表明:该方法简单、可靠,能快速、准确地提取出连续的中心线.     

基于调制方向提取载波散斑条纹中心线的方法

条纹中心线法是一种重要的电子散斑干涉条纹解调方法,其前提条件是获得高准确度的条纹中心线.本文在分析载波电子散斑干涉条纹自身特征的基础上,提出了一种基于载波条纹调制方向提取条纹中心线的方法.该方法首先通过同态滤波有效滤除高频乘性散斑噪音,提取出载波条纹;然后应用基于调制方向提取中心线算法确定载波条纹灰度极值点并做二值化处理;再采用基于中心线拟合或者基于条纹间距的边沿中心线补偿法,获得完整的条纹中心线图.实验结果表明:该方法简单、可靠,能快速、准确地提取出连续的中心线.     

一种基于傅里叶变换的分析载波条纹的新方法

针对传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时会有边缘效应产生的问题,提出了一种基于傅里叶变换法的外推延拓方法,并从理论上进行了数学推导。为了验证这种方法的正确性,分别对一维数字信号和二维空间载波条纹图进行了数值模拟,进一步分析了误差产生的原因,并与传统的傅里叶变换法对比。结果表明该法可以有效抑制传统傅里叶变换法处理光载波干涉条纹图时边缘效应所造成的较大误差,在基于空间域相位调制技术的波面干涉测量中,对空间载波条纹图进行处理,可以使相位的计算精度达到3.3 mrad。     

一种基于归一化调制度解调的绝对相位提取方法

传统的绝对相位提取技术通常需要多帧附加编码图案来辅助识别条纹级次,从而导致了投影效率的降低。因此,提出了一种基于归一化调制度解调的绝对相位提取方法。首先利用空分复用技术建立查找表指定与条纹顺序一一对应的唯一码字序列,然后将相移正弦条纹作为载频条纹直接将该码字调制到振幅强度上形成空分复用的组合相移条纹。当该组合相移条纹投影到待测物体上,可从采集的组合变形条纹同时解调出包裹相位和调制强度,再对调制强度做归一化处理,既能有效抑制反射率不均匀影响,也能解调出可定位条纹级次的四灰度码字,实现了无需附加编码图案的绝对相位提取。为了提高多级灰度码字提取的鲁棒性,利用图像形态学处理操作来分割图像的灰度,并提出了一种半周期连通域码字纠正方法。实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于小波变换条纹修补和条纹自相似性的干涉条纹极值提取

提出了基于小波变换的条纹修补方法和利用干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法.基于小波变换的条纹修补方法包括滤除噪音、多尺度小波变换、模极大值检测滤除奇异区域、近似信号自动修补,在此基础上进行多项式拟合,首先实现最外层条纹灰度极值的自动提取.基于干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法是通过逐渐平移拟合区域,准确地提取了内层条纹的灰度极值位置,从而可以处理整幅图片的干涉条纹.此方法的特点是自适应、无需人为设定参量、处理速度快.实验结果表明,该方法有很好的可靠性和准确性,并且处理区域大、用时少,仅需对图片扫描一次即可提取全部条纹的灰度极值.     

基于小波变换条纹修补和条纹自相似性干涉条纹极值提取

提出了基于小波变换的条纹修补方法和利用干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法基于小波变换的条纹修补方法包括滤除噪音、多尺度小波变换、模极大值检测滤除奇异区域、近似信号自动修补,在此基础上进行多项式拟合,首先实现最外层条纹灰度极值的自动提取基于干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法是通过逐渐平移拟合区域,准确地提取了内层条纹的灰度极值位置,从而可以处理整幅图片的干涉条纹.此方法的特点是自适应、无需人为设定参量、处理速度快实验结果表明,该方法有很好的可靠性和准确性,并且处理区域大、用时少,仅需对图片扫描一次即可提取全部条纹的灰度极值.     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

基于GANs网络的条纹图正交化方法

提出一种利用深度学习强大的隐式建模能力解决单帧条纹图正交化存在的欠采样问题,结合条纹图降噪归一化技术,利用对抗生成网络的特征先验,构造了一种条纹图轮廓项数字方式的π/2相移网路,实现了单帧条纹图的正交化,放松了应用解析模型法实现条纹图正交化时的严格要求。通过标签图像对训练后,该网络成功地实现了归一化后的条纹图的正交化,进而高精度地实现了单帧条纹图的相位解调。仿真和实验分析证明,与基于Riesz变换的数字相移方法相比,所提方法求解更可靠,能有效地恢复测量相位。以现有的多帧高精度相移算法的解调结果作为参考值,实验结果表明所提方法的相位误差分布在0.05 rad以内,为瞬变场和物体三维轮廓测量提供了一种途径。     

Spatial phase stepping method of fringe-pattern analysis

A new method of fringe-pattern analysis by spatial phase stepping (SPS) is presented. SPS combines the computational simplicity of phase stepping with the single image analysis capability of the Fourier transform method. The technique works by subdividing a linearised fringe pattern into three component images, from which the phase is calculated by a three phase step algorithm. A computer simulation has been undertaken to demonstrate the theory and enable an analysis of systematic errors. In addition, two experimental transonic flow fields are solved by SPS and a comparison is made with results derived using the Fourier transform method.     

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...     

Background and amplitude encoded fringe patterns for 3D surface-shape measurement

This paper presents a new fringe projection method for surface-shape measurement that uses background and amplitude encoded high-frequency fringe patterns. The background and amplitude, combined as a codeword, identify the wrapped phase fringe order to partially unwrap the phase to a low frequency. The low-frequency wrapped phase map is then directly used to reconstruct the surface based on geometry constraints without requiring additional images as in other temporal phase-unwrapping methods. Measurements performed on a double-hemisphere, mask, and manikin head, using projected fringe patterns with 48 periods, demonstrated the ability of the method to perform 3D shape measurement with only four projected patterns and captured images, using a single camera and projector.     

Multi-STFT for adaptive SCPS phase determination

This paper presents a fast and reliable approach for phase modulo 2π-calculation from a single fringe pattern. It calculates correct phase values even for very complex and variable shape gradients based on a locally variable fringe period determined for the entire image. In the paper, a new two-step method for wrapped phase calculation is proposed. It is performed through the use of a method based on a multiple local fast Fourier transform for estimation of a local fringes period map and a 5-point spatial carrier phase shifting (SCPS) formula for phase modulo 2π-calculation. The described approach is verified by a correct demodulation of a real fringe pattern taken by a 3D-shape measurement system.     

空间外差光谱仪干涉图滤波方法研究

在分析空间外差光谱仪干涉图生成及特点的基础上,提出了基于改进旋滤波的干涉图降噪方法。该方法是在干涉条纹的切线方向进行滤波,能够在不改变干涉图条纹细节的基础上减少干涉图中的随机噪声和暗斑噪声的影响。同时该方法还能有效降低平均光谱的背景噪声,提高特征光谱与背景噪声的信噪比,结果显示旋滤波方法对加入噪声前后干涉图的平均光谱背景噪声信噪比改善分别为47%和240%,能够将一些峰值较小的特征谱从背景噪声中提取出来,提高空间外差光谱技术对一些弱特征光谱的识别率。     

First-Order-Like Phase Transition Induced by Two Different Kinds of Noise in Dispersive Optical Bistability

With unified colored noise approximation, the steady state distribution function in dispersive optical bistability including both intensity and phase fluctuations is obtained. The parameter plane of the first-order-like phase transition is a/so derived with numerical method. It is found that the number of extremes at non-zero values of the output field in the steady state distribution function is changed from zero, two to four. It is shown that the strengths of the intensity fluctuation and the phase fluctuation have great effect on the first-order-fike phase transition.     

Automated photoelasticity: weighted least-squares determination of field stresses

The three-wavelength approach to phase-stepping photoelasticity as developed by the author is extended to determine automatically full-field stress tensor values. The only need for the user to calibrate the results is to give the material fringe value and the value of a stress at a single point. Four phase-stepped images illuminated by three wavelengths of light, that differ by prescribed increments, are collected using a semi-circular polariscope and an RGB CCD camera. A ramped phase map for the isochromatic parameter (α) is produced in the wrapped range −π/2<απ/2 that can be calibrated automatically. The value of the isoclinic angle (θ) is determined in the wrapped range −π/4<θπ/4. A discrete cosine transform algorithm has been developed to separate the stresses into Cartesian components. A convenience of the method is that accurate results can be obtained using a least-squares error minimisation process. The results obtained from experimental testing of a disc-in-compression specimen using transmission photoelasticity presented in comparison with theoretical solutions demonstrate the accuracy of the new approach.     

First-Order-Like Phase Transition Induced by Two Different Kinds of Noise in Dispersive Optical Bistability

With unified colored noise approximation, the steady state distribution function in dispersive opticalbistability including both intensity and phase fluctuations is obtained. The parameter plane of the first-order-like phasetransition is also derived with numerical method. It is found that the number of extremes at non-zero values of theoutput field in the steady state distribution function is changed from zero, two to four. It is shown that the strengths of the intensity fluctuation and the phase fluctuation have great effect on the first-order-like phase transition.     

基于区域生长理论的波面解包算法研究

在移相干涉技术的相位计算中,周期函数arctan的相位值分布在[-π,π]之间,相位值分布的跃变形成了被压包后的波面。理想无噪声和边界形状规则的压包波面可以直接通过条纹扫描法进行解包。例如当被测物边界形状不规则和存在噪声(灰尘脏点)时,会导致干涉图上出现无效区域,必须采用不依赖于边界形状,能自动绕过无效区域的算法。采用区域生长法对这类干涉图进行了解包。通过编程计算表明,这种解包算法能解决光学检测中的几乎所有的干涉图处理问题。     

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当同时使用离子(或电子)回旋及中性束注入方式加热等离子体时,高能量粒子的能量分布函数一般应为尾部隆起(简称尾隆)分布。这种具有正能量梯度区域的分布函数更容易激发不稳定性,同时由于分布函数尾部隆起,在色散关系中引入了新的色散函数。主要研究了这种新色散函数的计算方法,结果表明:色散函数实部是关于原点对称的奇函数;而虚部则是关于纵轴对称的偶函数。色散函数的实部有2~4个极值点且极值点的位置与尾隆分布函数的能量梯度⊿有关、虚部有1~3个极值点但极值点位置与⊿无关。当其宗量趋于无穷大时,色散函数的值趋于零。当尾隆分布趋近于麦克斯韦分布时,用该方法计算的结果与色散函数表中给出的结果非常吻合。