一种变频相移干涉测量的相位提取算法

相位提取的精度直接影响相移干涉测量的精度。在变频相移干涉测量中,相移量由干涉腔长和波长变化量决定,必须对测试系统进行相位标定,但常因相位标定不精确而引入相移误差,影响相位提取的精度。运用一种基于迭代的相位求解算法,该算法无需对测试系统进行相位标定,可以在被测相位和相移量均未知的情况下,通过交替迭代法求解出被测相位。通过仿真比较了传统四步相移和基于迭代的相位求解算法的相位提取精度,结果表明,基于迭代的相位求解算法的相位提取精度优于传统四步相移算法的精度。     

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。     

基于相息图迭代的随机相位加密

提出了一种将随机相位加密和相位恢复算法中的求解附加相位分布分二步实施的加密方法. 由于该方法的实质是通过在随机谱和相息图之间进行相位恢复迭代以确定相息图和密钥的相 位分布，因而能够减小图像的解密误差.在相息图相位离散化的迭代过程中，采用增大设计 冗余度的方法，降低了由相位离散化所带来的解密误差.最后，通过计算机模拟实验验证了 该方法在减小图像解密误差方面的有效性. 关键词： 随机相位 光学图像加密 相息图 二元光学 离散化误差 相位恢复算法     

采用相位半角的两步相移法

针对经典两步相移算法对光强不均匀分布和物体不均匀反射率处理能力不强的问题,分析相移量为90°的情况,采用光强模型,直接对光强进行数据操作,利用三角关系,给出了求解折叠相位相位半角的计算方法,通过高度-相位差公式得到物体的三维形貌数据,避免了因归一化操作过程中取最值方法引起的误差.实验对比分析了经典四步相移法和两步移相法,表明在环境光强可以忽略不计或足够小的情况下,该方法误差范围为±0.2mm,结果优于经典两步相移法,接近于测量误差最小的四步相移法.     

采用相位半角的两步相移法EI北大核心CSCD

针对经典两步相移算法对光强不均匀分布和物体不均匀反射率处理能力不强的问题,分析相移量为90°的情况,采用光强模型,直接对光强进行数据操作,利用三角关系,给出了求解折叠相位相位半角的计算方法,通过高度-相位差公式得到物体的三维形貌数据,避免了因归一化操作过程中取最值方法引起的误差.实验对比分析了经典四步相移法和两步移相法,表明在环境光强可以忽略不计或足够小的情况下,该方法误差范围为±0.2mm,结果优于经典两步相移法,接近于测量误差最小的四步相移法.     

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。     

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.     

相移阴影莫尔基于迭代LSM拟合

相移阴影莫尔技术相位高度存在着非线性关系,无法在全场获得均匀相移,因而致使经典的相移算法不能得到精确解.对此,提出了一种基于最小方差迭代的相移阴影莫尔技术,该技术通过垂直光栅面等间距移动光栅来产生相移,但光栅移动距离可不采用固定值,所以相移过程灵活|使用在高度解调过程中确定的逐点相移增量来抽取精确的测量相位,实现了相移阴影莫尔技术中固有的相位高度非线性误差补偿.结果表明,该方法可通过干涉图计算光栅的移动量,具有相移器的自标定特性.     

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     

基于一阶泰勒展开式的迭代最小二乘相移新算法

提出了一种新的最小二乘迭代算法 ,能有效消除因相移器存在导向误差面使相移平面倾斜从而导致的相移误差。当相移器存在的相移误差包括位移误差与倾斜误差时 ,同一幅干涉图诸像素点的相移并不同步 ,但其相移量在同一平面上。求解此平面 ,即可消除相移误差。通过求解由一阶泰勒展开式得到的线性方程组 ,避免了为求解此平面而求解非线性方程组最小二乘解的过程 ,使算法简化。利用迭代法 ,保证求解的精度。并通过数值模拟 ,验证了这种算法在消除较大的相移器倾斜及位移误差影响上具有良好的效果。     

在随机和倾斜移相下光强归一化的迭代移相算法

由于存在振动和导向误差,干涉仪移相器在移相过程中产生随机的平移误差和倾斜误差,会给测量结果带来影响。因此高精度测量中对环境的稳定性和移相器的性能要求很苛刻。为了降低此种要求,针对随机和倾斜移相下干涉图背景光强和调制度的不均匀会影响移相平面计算的问题,对采集得到的干涉图做归一化处理,并利用迭代最小二乘法对归一化的干涉图做相位求解。迭代过程中,将干涉图分块来求解移相值,并对各移相值做平面拟合得到移相平面。仿真结果表明,该方法消除了背景光强和调制度的不均匀对倾斜系数计算的耦合作用,能够有效补偿倾斜移相误差对面形相位的影响,与其他方法相比,具有收敛速度快、求解精度高的特点。实验结果进一步验证了该方法的有效性。     

移相干涉术的一种新算法：重叠四步平均法

提出了一种能大大地减小由于移相器的位移误差而引起相位复原误差的新方法，即重叠四步平均法（Ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ ４－Ｆｒａｍｅ （ＯＡＦ） Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）。给出了这种方法的盯们复原精度与移相器的位移误差之间的关系式，从关系式中可见，ＯＡＦ算法大大地减小由于移相器的位移误差而引起相位复原误差，通过计算机模拟，得到了各种算法的相位复原精度与移相器的位移误差之间的关系曲线，分析     

基于随机相位调制的数字全息相移量提取方法

提出了一种在相移数字全息中提取相移角的方法.该方法通过在相移数字全息中引入随机相位板对物光波的相位进行调制,使得物光波在全息面上的相位分布成为近似理想的随机分布,进而根据这种随机分布的统计性质对相移角进行提取.计算机模拟结果表明,该方法提取出的相移角与设定的相移角之间的相对误差小于千分之一.同时,经过对比采用随机相位板和不采用随机相位板的计算结果发现,物体衍射光波在全息面上的相位分布具有一定的相关性.     

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.     

Analysis of Phase Measurement Errors in Electro-Optic Holography

This paper presents the results of an error analysis in electro-optics holography. These errors include phase measurement errors due to the linear phase shifter errors in static electro-optic holography, and phase measurement errors due to the errors in the vibrating bias amplitude and phase in dynamic electro-optic holography. Through the error analysis, we found that the phase shifting errors in static electro-optic holography are twice as large as those in the conventional 4-bucket phase shifting algorithm, and the phase shifting errors in dynamic electro-optic holography are similar to those in the 4-bucket phase shifting algorithm.     

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.     

Optical Differentiation Phase Measurement Using the Bias Shifting Method

A new optical phase measurement method using a differentiation filter is proposed. The new method uses two images obtained by shifting the filter. This method has an advantage in that non-uniformity of the wavefront intensity does not produce errors. We present herein the theory of the newly proposed method and verify the theory by computer simulation. The effects of non-uniformity of the wavefront intensity, noise, and bias shifting length for errors are discussed. The system has been demonstrated for a plane wave and a spherical wave. For the proposed method, although the number of errors due to noise increases, the number of errors due to non-uniformity decreases. Therefore, the proposed method is useful for the phase measurement of a wavefront for which the intensity is not uniform. In addition, it improves the accuracy of the phase measurement system using a differentiation filter.