基于统计逼近的Stoilov改进算法

Stoilov算法是近几年提出的一种相移量任意的等步长相移算法,它无须知道相移量的大小,只要保证相移步长相等,就可以解算出物体表面的截断相位,因而在三维测量领域中倍受人们关注.但Stoilov算法的表达式过分依赖采集的变形条纹图像的光强,存在对光强的减法、除法和开方等运算,使相位计算时在某些位置会出现分子分母为零,开方出现复数等奇异现象,会导致算法算错或者相位展开出错,致使三维重构表面会出现畸变、失真,甚至无法进行三维重构.因此提出了一种基于统计逼近的方法对Stoilov算法进行修正,有效抑制了奇异现象引入的相位误差,提高了三维测量精度.实验验证了其算法的有效性和适用性.     

基于模拟退火算法的偏振控制器波片相移特性研究

按晶体波片的快轴与水平方向成0°、45°、0°、45°顺序排列构造四波片偏振控制器。固定各波片的快慢轴,利用模拟退火算法进行反馈控制,通过改变各波片的相位得到所需的偏振态。仿真结果说明,利用模拟退火算法进行负反馈控制,其收敛速度较快,收敛后光强波动小于2%;该控制器能在各波片相移范围限制在0~2π情况下实现偏振态的无端控制。为消除可能出现的复位死角,在模拟退火算法基础上加入强制无端复位方法,复位过程稳定。控制过程中该控制器各波片的相移步长可变,但寻优过程中最大步长不超过3.36°,强制复位过程中最大步长不超过18°,因此控制电压的变化平缓。     

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     

基于扩展平均的多步相移算法及误差抑制特性比较

为满足移相干涉测量中纳米甚至亚纳米高准确度检测要求,需采用对误差敏感度更低的相移算法.基于扩展平均技术,在传统4步和3步算法的基础上分别推导了A类和B类5~13步相移算法公式,以5、6、7和13步算法为例,通过仿真及数值计算,比较了两类算法对相移器移相误差及CCD非线性误差的抑制特性.结果表明:同类算法下,步数越多的算法,对这两项误差的抑制效果越好,但达到一定步数后对测量的影响可以忽略;B类算法具有增强的移相误差抑制能力,在相移不准情况下可优先选用B类算法;A类算法对CCD非线性误差几乎完全免疫,而B类算法受一定CCD非线性误差影响,但对大多数高准确度CCD来说,其在常规检测中的影响可以忽略;由相移噪音引入的随机性测量误差的极大值要略大于相移噪音本身,且不同算法对相移噪音的抑制效果差别不大,因此相移噪音对测量的影响不可忽略.文中给出了不同误差影响下各算法引入波面检测误差的比较数据,研究结果可为实际干涉测量中最适相移算法的使用和选用提供理论指导及数据参考.     

基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法

为了减小白光相移干涉法测量物体微观形貌时产生的误差,对极值法的搜索路径进行优化后与Carré相移算法相结合,提出一种基于白光干涉测试技术的改进Carré相移算法.该算法减小了光源扰动及电荷耦合元件散粒噪声带来的影响,且对相移器的线性误差不敏感,免去了相位解包裹过程,提高了运算效率.采用单刻线样块对扫描步距进行校准实现了光源中心波长的在线修正,减小了由于光源特性及环境扰动误差带来的影响.采用不同算法对标准粗糙度样块进行三维形貌恢复以及表面粗糙度的重复性测量实验,结果表明:该算法对表面粗糙度的测量结果较传统白光干涉算法准确度提高,测量重复性优于1%.     

基于数值模拟的高准确度五步相移算法研究

传统五步算法具有很好的准确度,但必须满足测量中无法实现的等步长相移条件,这在实际测量中无法使用。为此在双光束干涉原理的基础上,提出了一种改进型的五步算法,实现了在10 nm范围内任意步长的算法高准确度。通过数值模拟,结果表明:对于1 nm的步长测量误差、0.1%的信号测量误差,改进型五步算法的算法准确度优于0.001个相位周期,而且不需要等步长相移控制。改进型五步算法不仅技术上更易于实现,其结果也更加可靠,对于指导精密测长的实验和研究工作具有十分重要的意义。     

投影条纹相移法中图像饱和误差抑制算法研究

针对投影条纹相移法三维形貌测量中的图像饱和误差进行了深入研究,分析了基于条纹相移技术的图像饱和误差抑制算法的适用范围,推导了基于六步相移的饱和误差抑制算法公式.理论分析表明,相移条纹图的帧数越多,饱和误差抑制算法的适用范围越广.并通过数值模拟和实验进行了验证,基于六步相移的饱和误差抑制算法可以更加有效地抑制图像饱和引起的相位误差.     

投影条纹相移法中图像饱和误差抑制算法研究

针对投影条纹相移法三维形貌测量中的图像饱和误差进行了深入研究,分析了基于条纹相移技术的图像饱和误差抑制算法的适用范围,推导了基于六步相移的饱和误差抑制算法公式.理论分析表明,相移条纹图的帧数越多,饱和误差抑制算法的适用范围越广.并通过数值模拟和实验进行了验证,基于六步相移的饱和误差抑制算法可以更加有效地抑制图像饱和引起的相位误差.     

基于选择采样的高效迭代相位提取算法

在光学精密测量中,相移干涉法应用广泛。常用的相移器件容易出现相移误差,采用等步距相位提取算法会产生测量误差。基于最小二乘的迭代相位提取算法可以有效消除该类相位提取误差,提高测量精度,但是其迭代过程运行时间长,效率低。提出了一种基于选择采样的迭代相位提取算法,先对干涉图像进行等间隔抽样,降低计算量;再根据对比度滤除干涉图像中低质量像素点,防止误差增大,进行最小二乘迭代求解相位。仿真实验对算法进行了分析和验证,在抽样间隔为2时的选择采样方法与所有像素点全部代入计算相比,运行时间从6.687 s降为0.725 s,均方根误差仅为0.032 9。实验结果证明:选择采样的迭代相位提取算法运算时间短、误差小,非常适合高速相移干涉测量应用。     

高效的基于傅里叶单像素成像的亚像素级边缘检测技术

针对无法实现先验的边缘检测场景,并解决边缘提取效率过低的问题,提出一种更高效的基于傅里叶单像素成像的亚像素级边缘检测方法。该方法结合快速傅里叶单像素成像,减少图像算法的相移步数,在原有四步相移的基础上分别实现了三步相移与两步相移边缘检测。该算法上的改进能够在同等采样数下扩大参与边缘提取的频谱宽度,从而提升边缘提取效率。数值仿真结果表明,与四步相移亚像素级边缘检测相比,无噪声条件下两步相移在655~13 100次左右的采样数区间内峰值信噪比增长幅度高出2.27 dB,噪声条件下低于0.054噪声浮动比率时两步相移方法可以获得比四步相移更高的边缘提取质量。该方法可以一定程度上提升边缘提取效率,同时促进单像素成像领域与图像处理方向的技术交叉和应用化发展。     

基于局域均值滤波的Stoilov改进算法

Stoilov算法中相移量的计算依赖于采集到的变形条纹图的光强,存在对光强的减法、除法和开方等运算,使相位计算时在某些位置出现分子分母为零或开方为复数等奇异现象,导致相位展开无意义或出现超大误差。从而使三维面形重构出现畸变、失真,甚至无法进行三维重构。大量实验说明这些奇异点都是孤立的点,本文提出一种基于局域均值滤波的方法对Stoilov算法进行改进,首先对奇异点进行标记,然后依次用其周围8个点中的非奇异点的平均值代替该奇异点的值。实验结果表明,该方法在考虑传感系统带来的误差的情况下,有效抑制了奇异现象,提高了三维测量精度。     

一种基于移相误差估计的5步移相算法

移相误差是用移相法进行相位测量的主要误差。本文提出一种 5步移相算法 ,分两步进行相位计算 ,首先估计实际步进移相的线性移相误差 ,然后再利用此移相误差估计值计算相位分布。移相误差估计公式和相位计算公式简洁 ,算法简单易行 ,对线性移相误差和二次谐波的敏感度低 ,可基本消除线性移相误差对解调相位的影响。对本文提出的算法进行了仿真研究 ,同时给出了 Hariharan 5步算法、Surrel 6步最小算法的仿真结果。结果表明 :本算法明显优于以上两种算法 ,可基本消除线性移相误差引起的相位偏移。本算法适用于作等步移相的相位测量或移相的标定。     

双点干涉法位相缺陷检测中的解相算法比较

双点光源移相干涉测量是大口径光学元件位相缺陷检测的一种重要方法。为了分析双点干涉中误差对解相算法的影响,首先给出相位缺陷检测的系统结构和理论模型,在此基础上,针对测量过程中主要存在的一次移相误差、二次移相误差、光强误差和随机振动误差,研究了Hariharan 5帧移相算法、13帧移相算法和迭代随机移相算法的解相误差,并进行了仿真分析。结果表明,针对这几种误差源,13帧算法解相精度整体优于5帧法,迭代随机移相算法解相效果优于13帧法和5帧法,当这几种误差按实际指标同时作用时,迭代随机移相算法解相误差RMS小于5帧法和13帧法,PV值稳定在0.5 nm以内。由于随机振动占主要作用,说明迭代随机移相算法受误差影响很小。     

Phase shifting algorithms for non-sinusoidal waveforms with phase shift errors

In phase shifting interferometry, phase errors due to harmonic components of a fringe signal can be minimized by applying synchronous phase shifting algorithms with more than four samples. However, when the phase shift calibration is inaccurate, these algorithms cannot eliminate the effects of a non-sinusoidal waveform. It is shown that by taking a number of samples beyond one period of the fringe pattern, phase errors due to the harmonic components of the fringe signal can be eliminated, even when there exists a constant error in the phase shift interval. A general procedure for constructing phase shifting algorithms that eliminate these errors is derived. A seven-sample phase shifting algorithm is derived as an example, in which the effect of the second harmonic component can be eliminated in the presence of a constant error in the phase shift interval.     

电光调制2×490°相移空间光学桥接器

基于LiNbO3晶体的双折射和电光效应设计制作了一种2×4的90°相移自由空间光学桥接器。该桥接器利用晶体的双折射效应进行信号光和本振光的分光/耦合,电光效应引入相位调制,在给定电场条件下实现2×4 90°空间光学桥接器的功能。对空间光学桥接器进行了实验测量和分析。实验结果表明该桥接器性能良好,相位连续可调,相位误差可通过电压调制补偿,应用于相干接收系统。     

A new pixel matching method using the entire modulation of the measured object in online PMP

A method using entire modulation information of the measured object itself for pixel matching is proposed in online phase measuring profilometry (PMP). Only one fixed sinusoidal grating is projected onto the moving measured object and then five deformed patterns are captured by the imaging system (CCD). Because the contrast of the sinusoidal grating is a constant, the modulation distribution of each deformed pattern reflecting the gray of the measured region can be extracted. The entire modulation of the object cut from one of them is regarded as a template, and then the distance of the measured object's movement between each two adjacent deformed pattern can be calculated by the correlation operation so that we can cut the corresponding parts containing the measured object's information from five deformed patterns. Then the discrete phase can be calculated with Stoilov algorithm. By the phase unwrapping and the mapping algorithm, the object can be reconstructed exactly. A series of simulations and experiments confirm its feasibility and validity.     

Phase-Measuring Algorithms to Suppress Spatially Nonuniform Phase Modulation in a Two-Beam Interferometer

Phase modulation of presently used phase-shifting interferometers is assumed to be spatially uniform across the observing aperture. However, calibration errors or the configuration of an interferometer can cause a spatial nonuniformity in the phase modulation. Spatial nonuniformity causes a significant error in the measured phase when the phase modulator has nonlinear sensitivity. An even-order nonlinearity in the phase modulation in particular contributes to the errors. Lowest-order errors can be suppressed by adding a new symmetry to the sampling functions of the phase-shifting algorithm, however the algorithm suffers from large random noise. The random noise is shown to be decreased substantially by applying one more sampled frame to the algorithm. We derive new seven-sample and eight-sample algorithms that can compensate for a nonuniform phase shift and has much less random noise than the previous algorithm we proposed.     

Six-frame Algorithm Insensitive to the Linear Reference Phase and Detector Nonlinearity Errors for Phase-stepping Interferometry

l.IntroductionForphase-stepping(orphase-shifting)interferometrytherearetwomainsourcesoferror:thereferencephaseerrorandthenonlinearerrorofdetector.Inearlyresearch,onlyCarreISalgorithm[1]cancompletelyeliminatethelinearreferencephaseerroriftheinterferogramsaresampledintermsofthesamephaseshiftinginterval.Recemtly,manya1gorithmshavebeendeveloPedtoreducethesetwoerrorsources.J.SchmitandK.Creath[2Jusedanextendedaveragingtechniquetoobtainasetoferror-comPensatingalgo-rithmsthatareinsensitivetothelin…     

90°反射式相位延迟器的设计

铜蒸气激光反射镜在非正入射的时候 ,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计 ,在4 90～ 5 30nm之间p、s波获得了 90°的相移 ,同时也使反射率在 99 998%以上。Ag层的厚度对于相移不敏感 ,并且当其厚度大于一定值的时候 ,对反射率没有影响。根据误差分析 ,制备薄膜时其沉积速率精度控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 15 2 8°的相移误差 ,相移均在 5 0 4nm处附近存在有一个收敛值。折射率的变化控制在± 1%以下 ,在光谱范围内能达到± 12 77°的相移误差。最外一层厚度变化± 1% ,其相移变化达到± 5 5°,2～ 5层和 9～ 16层对相移的影响也在 0 .5°之上 ,其余各层对相移影响非常的小。使用时的入射角控制在± 1°时 ,在光谱范围内能达到± 2 .86°的相移误差。在 5 30nm附近的波段对入射角不敏感。