激光莫尔干涉谱投影信息提取

分析了真实火箭喷焰的激光莫尔干涉谱,并提取其投影信息,重建了密度场.使用自制的大口径、高灵敏度莫尔偏折仪采集真实火箭喷焰的莫尔条纹图;采用傅里叶变换对莫尔条纹展开技术处理,获得了莫尔条纹的相位分布.根据莫尔条纹边缘提取背景,进一步获得背景相位分布.变形莫尔条纹的形变量通过求相位差获得,进一步提取轴向任意截面的投影信息.应用基于偏折投影的"简单自相关代数迭代重建算法(SSART)"层析流场.等间隔取8个方向的投影进行迭代,重建了截面密度分布图.结果发现,根据火箭喷焰的莫尔条纹,采用傅里叶变换相位展开技术,可以方便地提取任意截面的投影信息.应用SSART技术可以重建截面密度分布.因此,基于偏折投影的"SSART"算法是一种优良的非线性偏折层析重建算法.     

偏折层析的滤波反投影算法及误差分析

对偏折层析投影转换为相位层析投影的转换关系进行了分析,给出明晰的数学关系,并针对偏折层析的滤波反投影算法重建的结果进行误差分析。分析结果表明投影噪声对重建场的作用体现在与由偏折层析滤波反投影算法的滤波器有关的倾斜函数上。因此提出了改进的偏折层析滤波反投影算法,数值模拟表明,改进算法在有效抑制倾斜现象的同时,对重建结果不会造成明显的失真。在此基础上改进的算法被用于真实火箭燃气射流密度场的三维重建中。     

基于哈特曼波前探测层析重建折射率场

介绍了哈特曼层析测量系统的原理，设计静态测试实验，对实际圆对称折射率场分布进行了层析重建.系统由哈特曼采集折射率场的投影数据，采用代数重建算法进行层析重建，取得了满意的重建结果.     

基于相位重建的叠栅层析技术

针对叠栅层析研究中采用基于相位重建方法处理叠栅条纹图像的问题,用标量衍射理论对叠栅偏折仪的叠栅条纹形成原理进行分析.通过小孔滤波分别提取光场的零级和一级频谱,分析结果与传统的通过几何叠加原理的结果一致,在形式上更加精确.结论表明,叠栅条纹是多波面剪切干涉的结果,且一级频谱滤波下的叠栅条纹图像满足严格的余弦强度分布.采用基于多重网格相位展开的傅里叶变换方法和叠栅层析滤波反投影算法对丙烷燃烧场进行了层析重建.     

单幅层析全息图的记录及数据重建

进行了数字单幅离轴层析全息图记录和数值处理模拟分析及实验研究.首先定义了单幅层析全息图并分析了基于多向投影的数字单幅离轴层析全息图频谱分布特点, 由此表明它的可处理性.在此基础上,数值模拟分析了基于三向投影的单幅离轴层析全 息图记录与各向投影信息的分离提取, 最后选择了具有周期结构的透明光栅(周期为100 μm)作为实验样本, 实现了三向投影的单幅层析全息图的记录以及数值重建, 三束物光波重建周期值误差在4%-5%范围内.模拟分析及实验结果验证了单幅层 析全息图记录与信息分离的可行性,同时为实现具备实时检测功能的极少量投影数字全息 层析系统提供了重要的技术基础.     

基于三投影方向的层析重建分析

针对传统的层析方法中,投影方向多、系统复杂等特点,提出了基于三个投影方向的层析重建方法.论文选取适用于少投影方向的代数迭代重建算法,采用参量修正方法,能较好的提高重建准确度和抑制椒盐噪音.同时对影响重建图像质量和速度的迭代次数、不同原图像结构对重建图像质量的影响进行了分析,给出了相应分析模拟结果.结果表明,迭代300次后,重建结果基本稳定.同时对于具有轴对称结构物体,三个方向投影数据能够较好地实现三维层析重建.分析结果为后期开展的基于单幅层析全息图的三维层析重建实验研究提供了理论依据.     

基于三投影方向的层析重建分析

针对传统的层析方法中,投影方向多、系统复杂等特点,提出了基于三个投影方向的层析重建方法.论文选取适用于少投影方向的代数迭代重建算法,采用参量修正方法,能较好的提高重建准确度和抑制椒盐噪音.同时对影响重建图像质量和速度的迭代次数、不同原图像结构对重建图像质量的影响进行了分析,给出了相应分析模拟结果.结果表明,迭代300次后,重建结果基本稳定.同时对于具有轴对称结构物体,三个方向投影数据能够较好地实现三维层析重建.分析结果为后期开展的基于单幅层析全息图的三维层析重建实验研究提供了理论依据.     

少数投影局部基函数展开层析重建

对6种常见的基函数展开通过计算机仿真分析、比较其重建效能.结果表明,对于少数投影计算机层析重建,采用连续可导的局部基函数展开比采用非连续可导的脉冲基函数展开具有更高的重建精度.而对于各种连续可导的基函数,其重建精度大致相当,基函数的选取应重点考虑其投影矩阵计算的难易程度.     

应用隧道探索算法提取莫尔条纹偏移量

为了精确提取莫尔条纹偏移量,提出了隧道探索算法,并将其应用于实际莫尔条纹分析.使用双光栅产生莫尔条纹,抓拍多方向投影.应用数字图像处理技术,追踪分析实验莫尔条纹.首先,追踪各条纹的极大值分布,根据条纹极大值分布挖掘条纹隧道,调整挖掘宽度,即像素宽度,既实现隧道贯通,又不干预相邻条纹.然后,二值化莫尔图,噪声滤波,滤除条纹隧道壁上的噪声毛刺,使隧道壁趋于光滑.最后,根据两侧隧道壁的布局,探索条纹隧道走向,提取隧道走向数据,获得条纹偏移量.并进一步转换为偏折角,即光学计算机层析投影.应用非线性自适应迭代重建算法对偏折角进行迭代重建.结果发现,最高重建截面温度是492℃,额定电热器表面温度大约500℃,重建截面恰恰在电热器上表面上方,所以重建结果是有效的.     

一种新的叠栅层析迭代算法

利用叠栅层析具有的测量动态范围大,对震动环境不敏感的特点,从其偏折原理的本质出发,提出一种利用代数迭代法来重建三维流场的叠栅层析重建算法。在此基础上进行了双峰函数的模拟实验,分别进行了6方向,12方向以及叠加高斯噪声的12方向的数值重建,并在相同条件下与滤波反投影方法和对偏折投影数据积分的代数迭代算法这两种已有的叠栅层析重建算法进行了比较,同时用该新算法结合属性矩阵对包含遮挡物的模拟场进行重建。对比重建结果,本算法具有较强的抗噪声能力,并且对非完全数据下的层析重建也有较好的处理效果。     

基于正弦条纹投影的三维传感及其去包裹处理

采用液晶显示（LCD）投影仪产生的正弦条纹,用四步相移技术对物体进行了三维形貌测量,重点讨论了去包裹问题,对大面积相位间断区的模板标识及含离散相位间断点条纹图的去包裹总是提出了新的处理方法,给出了实际测量及计算结果。     

A novel 3D measuring method for discontinuous object by non-integral twin-frequency grating

A new 3D shape measurement method based on non-integral twin-frequency grating projection is proposed. In this paper, the projected composite grating is composed of two sinusoidal gratings, and the quotient of whose frequencies is not an integer. By using appropriate phase-shifting algorithms, two wrapped phases can be obtained from sixteen frames of the distorted grating patterns. In aid of appropriate phase unwrapping method, the unwrapped phase of high frequency fringe is obtained only from the relation of the two wrapped phases by a pixel-to-pixel phase unwrapping technique. Therefore the unwrapped phase of high frequency fringe pattern is independent of the low frequency fringe pattern, different from traditional integral twin-frequency grating projection methods in which the phase unwrapping error of low frequency fringe pattern may be propagated onto the unwrapped phase of high frequency fringe pattern. The new theory proves that the proposed method is applicable to measure discontinuous object, and has considerable measurement accuracy.     

Evaluation of absolute phase for 3D profile measurement using fringe projection

A new method of absolute phase evaluation for three-dimensional (3D) profile measurement using fringe projection is presented, which combines the gray code and the phase shift technique. Two kinds of fringe patterns are projected onto the object surface respectively, one is sinusoidal intensity distribution used for phase demodulation and the other is gray code fringe pattern for unwrapping. These images are acquired by camera and stored into computer. The absolute phase is obtained by analyzing these images. The validity of this method is verified experimentally. The method is superior to other phase unwrapping methods.     

用于三维测量的快速相位解包裹算法

减少条纹投影轮廓术的条纹图数量一直是本领域的研究热点。传统的时间相位解包裹算法，一般需要额外的条纹信息来确定条纹级次，导致条纹图数量过多。提出一种用于三维测量的快速相位解包裹算法，只需要N步标准相移正弦条纹图，就可以完成绝对相位的计算。首先，利用标准相移算法计算包裹相位和消除背景的掩膜；然后，直接利用包裹相位和掩膜，根据连通域标记算法计算条纹级次，进而求得绝对相位。该方法最少只需3幅条纹图，就可以完成三维测量，数据处理速度快。计算机仿真和实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

两步相移实现投影栅相位测量轮廓术

提出一种新的投影栅相位测量方法--两步相移法。该方法只需两幅相移条纹图，因此计算量小，速度快。给出了实验及计算结果，并同四步相移法进行了比较，证明了该方法具有较高的精度。     

嵌入式三维数字成像系统

提出一种基于数字信号处理器(DSP)的嵌入式三维数字成像系统设计方案。该方案的硬件平台由条纹投影模块、数据采集模块、条纹自动分析模块及储存器等其他辅助电路组成。条纹投影模块将DSP输出的正弦光栅条纹, 经视频编码后用DLP投射到物体表面; 数据采集模块通过CCD相机采集被物体表面三维信息调制后的变形条纹图, 并进行视频解码; 条纹自动分析模块中利用相移算法计算折叠相位, 再结合相位展开算法求绝对相位分布。系统软件采用多线程技术并行控制三个模块。在相位解调过程中以软件流水线为主综合运用了循环展开、数据预取和内联函数等多种方法优化解调程序。实验结果表明, 该系统可以高速、准确地实现三维轮廓测量,优化后相位展开程序速度是优化前的7倍。     

基于彩色光栅投影的快速三维测量方法

 针对条纹投影术提取物体高度信息的问题,提出了一种新的基于彩色光栅投影的三维测量方法。对选取G分量为255,R,B分量各取0或255而组成的青、白、黄、绿四色遵循格雷码原理进行编码,然后将G分量作正弦调制形成投影光栅投向被测物体。提取采集到的光栅变形图中G分量,利用傅里叶变换方法得到其初始相位;同时对采集到图像中的R,B分量作阈值迭代分割而G分量自动赋值为255,综合三分量信息得到条纹颜色信息进而获取条纹的周期信息,从而展开相位。全过程仅需投影一幅彩色光栅图就能完成三维测量,实验结果表明该算法易于实现,在测量实时性和精确性上表现良好。     

Comparison of results of interferometric phase extraction algorithms for three-dimensional flow-field tomography

A comparison of the results of interferometric phase information retrieval and subsequent tomographic reconstruction from deformed wavefront projections by phase unwrapping is presented. In interferogram processing, conventional fringe tracking and Fourier transform methods have been utilized for comparison. With these methods by injecting carrier fringes, the projection data of any axial cross section can be extracted in all projection directions to implement three-dimensional tomographic reconstruction. The results of experiments of a simulated temperature field prove that the phase extraction based on the Fourier transform method produces tomographic reconstruction much superior to the conventional fringe tracking technique.     

Temporal phase unwrapping using orthographic projection

This paper proposes a novel temporal phase unwrapping method which is a generalization of the three commonly proposed approaches: hierarchical, heterodyne, and number theoretical phase unwrapping. The proposed unwrapping method is based on the orthographic projection of wrapped phases from the measurement space to the space of co-dimension 1. In the space of co-dimension 1 all unknown integer period-order numbers are computed simultaneously using a nearest-neighbor search on a fixed constellation of points. The proposed method offers new key insights about relationship between unwrapping success rate, noise limit, and maximum unwrapping range. We give example how the proposed method may be applied in the multiple frequency phase shifting profilometry.     

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。