基于统计分析方法的同步移相干涉图位置配准

使用同步移相干涉仪重建波前相位时,需要对移相干涉图进行准确的位置配准和目标区域确定以保证重建精度和相位解缠绕算法的成功实施。提出一种基于统计分析方法的圆形域同步移相干涉图位置配准技术,对一组包含不同相位分布的干涉图按照对应像素位置进行方差分布函数计算;利用最大组间方差法完成阈值分割,从而分离出干涉图像的背景与目标区域,通过梯度运算检测出目标区域的轮廓;利用改进Hough变换算法估计出各个轮廓的绝对位置和半径参数。数值仿真结果表明,当轮廓半径大于64pixel时,该方法的配准精度可以达到0.5pixel。通过建立自参考同步移相干涉仪对该方法的可靠性与实用性进行实验验证。     

动态干涉仪干涉图位置配准及移相误差校正

为抑制动态干涉仪系统中存在的干涉图空间位置匹配误差以及移相误差,采用相位相关算法和载频交叠重构干涉术,前者以光斑边缘为匹配特征,通过配准测试光斑,实现对4幅移相干涉图在空间位置上的像素级配准;后者按列交叠重构4幅载频移相干涉图,实现相位谱与误差谱在傅里叶频谱中相分离,滤取相位谱即可抑制移相误差对测量结果的影响。实验结果显示,两种方法均可以有效抑制干涉图的位置配准误差以及移相量误差,其结果与干涉仪结果相吻合,均方根值和峰谷值分别相差0.0057λ和0.0235λ。相位相关算法不受光强畸变等因素的影响,而载频交叠重构干涉术可以同时抑制由移相器件造成的两倍频相位误差和由光强畸变引入的一倍频相位误差。     

二帧变换光源阴影莫尔技术研究

为了快速测量物体表面三维轮廓,提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭,将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化,结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计,利用发展的迭代自调算法提取精确测量相位.计算机仿真和光学实验结果表明,该方法的解调准确度优于现有的二帧相移解调算法,同时,由于消除了测量过程中必要的机械运动,只需要二帧条纹图进行相位解调,节约了测量时间.     

基于自调整测量基准图的直线电机动子位置测量累积误差消减

为解决直线电机动子位置测量中多帧图像位移叠加而产生的误差累积问题,提出一种加阈值变换基准图（TTBM）的机器视觉累积误差消减算法。首先,根据直线电机动子的一维刚体平动特点,生成并优选灰度变化更加平滑的一维散斑图像作为目标拍摄图。其次,采用相位相关算法（PCA）改进灰度梯度方法,对配准图像进行整像素平移后再计算亚像素位移,以增大基准图像与配准图像之间的位移测量范围。最后,提出自调整基准图方法,根据图像位移的测量范围设定基准图像变换阈值,降低位移叠加次数,减小累积误差,实现直线电机长行程精密位移测量。同时,研究了基准图像变换阈值对测量精度的影响,给出了基准图变换的最佳阈值选取范围。仿真和实验表明,所提方法可以有效地减小直线电机动子测量中叠加而产生的累积误差。     

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CSIFT的彩色图像配准技术研究

图像配准在计算机视觉、遥感、医学诊断与治疗、环境监测等领域有广泛的研究应用.目前,多数算法是将彩色图像转化为灰度图后再配准,色彩信息的丢失可能会引起误配准.为此,提出一种基于CSIFT(Colored scale invariant feature transform)的彩色图像配准方法,求出彩色图像各个位置处的颜色不变最,以颜色不变量作为输入图像,再提取特征点并描述特征点周围的信息,通过最近邻匹配法求出图像问的匹配对,最后利用匹配的特征求取图像间的变换参数及配准后图像.实验结果表明,对彩色图像进行已知参数值变换时,该算法能得到精度高、误差小的计算结果;对变换关系末知的彩色图像,也能准确地求出图像间的映射关系;且多数情况下运行速度较SIFT(Scale invariant feature transform)快.     

啁啾脉冲频域相移的模拟与实验研究

在超快光学瞬态相移的测量中,结合线性啁啾脉冲与频谱干涉技术,可以获得啁啾脉冲相移随频谱的变化规律。光脉冲经过光栅色散和透镜聚焦后,不同的频率成分以空间上的不同坐标展开。当两束脉冲频谱同时在空间上展开时,相同的频谱成分会产生干涉。基于傅里叶变换频谱干涉技术,从频谱干涉图中提取相移,并对其进行了数值模拟和实验研究。结果表明,通过对不同类型频域相移进行重构所得到的结果反映出了相移随脉冲频谱变化的特性。实验结果表明了这种重构算法是有效的,与模拟结果具有较好的一致性。     

基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法

物体的运动使变形条纹图中物体像素点不对应,因此需要对物体做像素匹配。提出了一种基于相位预测的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上,CCD同步采集相同步距时刻受物体调制的变形条纹图。采用傅里叶变换轮廓术(FTP)方法对采集的变形条纹预测物体不同位置的相位信息,并以该相位信息的特征做像素匹配,实现了物体在各帧条纹图中的像素一一对应,同时匹配后的变形条纹产生等效的等步相移,进而采用等步长相移算法来重构在线运动物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性和可行性。同时,与在线FTP方法进行比较,在线FTP方法和本文方法的均方根误差分别为1.013mm和0.024mm,表明该方法对在线三维测量具有较高的测量精度。     

高精度动态白光干涉测量方法

白光干涉测量技术具有精度高和非接触式测量的优点,是超精密加工领域中的一项重要测量手段。针对白光干涉测量技术容易受环境振动影响的问题,提出了一种动态垂直扫描干涉测量方法(DVSI)。该方法将白光干涉光路分为两个成像通道,得到与白光干涉图同步移相的准单色光干涉图。通过相位-倾斜迭代方法(PTI)对准单色光干涉图进行处理得到实际的移相扫描位置,对白光干涉信号进行相干峰位置的定位,并计算出粗糙的形貌分布,之后利用局部最小二乘方法(LLS)计算出精细的相位分布,将粗糙形貌以及精细相位相结合来复原出待测件的三维形貌。本研究通过数值仿真和实验对比对该方法进行了验证,结果表明本方法具有较好的抗振性能。     

任意相移阴影叠栅相位解调技术的研究

结合时域和频域干涉图分析方法,提出一种任意相移阴影叠栅条纹图相位解调技术,降低了干涉图在采样过程中对相移量的严格标定要求,补偿了相移阴影叠栅技术固有的相移不匀误差。使用空域技术确定采样干涉图的正交信号,进而得到了采样干涉图的相移量,然后运用任意相移相位提取算法搜索测量相位信息。实验证明此方法简单方便、求解迅速,且优于典型的相移算法,其测量误差的标准差不超过3×10-3 mm,该方法为提高相移阴影叠栅技术的测量精度提供了有效手段。     

傅里叶变换光谱仪非线性光程差分析与校正

针对由非线性光程差恢复出的光谱会出现附加频率噪声而导致复原谱线加宽,严重影响光谱质量,为此提出一种仅对特征光源进行一次测量即能完成干涉图非线性光程差校正及波长定标的方法。通过对特征光源的单次测量可获得干涉图,计算干涉图中包含的非线性相位与大致中心频率,并计算相对光程差,进而获得光程差与采样点之间的非线性映射关系,最终通过二次采样实现非线性光程差的校正。以静态双折射傅里叶变换光谱仪为例,首先构建系统的非线性光程差模型,给出非线性光程差的校正方法及其原理,然后采用汞氩灯作为特征光源进行实验验证,通过获取的干涉图提取汞氩灯的特征谱线,分析出不同波长下其对非线性光程差的影响,最后对非线性光程差进行校正和波长定标。实验结果表明,经所提方法校正后,546.074 nm波长处谱线的半峰全宽由未校正的9.08 nm变为4.14 nm,说明所提方法有效提升了光谱仪的分辨率与准确度。     

基于仿射变换与Levenberg-Marquardt算法的织物图像配准

针对多光谱成像系统采集的织物图像的颜色色差分析问题,提出了一种基于仿射变换与LevenbergMarquardt(LM)算法的图像配准方法。从配准角度出发,利用提出的配准方法将标样图像与打样图像配准后进行空间色差分析。多光谱系统采集的织物图像的形变,包括平移、旋转、缩放和错切变换,符合典型仿射变换模型。提出一种新的方法来估计仿射变换矩阵,该方法对两幅图像的对数极坐标幅度谱积分曲线进行匹配,将仿射变换矩阵求解转化为一个非线性最小二乘拟合问题,进而利用LM算法搜寻最优参数值,同时引入分块配准以得到更好的配准效果。实验结果表明,与传统基于Fourier-Mellin配准算法和基于尺度不变特征变换的特征点配准算法相比,提出的算法可获得更好的配准效果,可有效解决具有周期性元素的织物图像配准问题,有助于织物图像色差评估。     

基于快速最小二乘法的两步随机相移算法研究

在相移干涉测量中,为了在较短时间内实现较高的精度,提出了一系列基于快速最小二乘法的两步随机相移算法。以双滤波和差归一化算法、单滤波和差归一化算法和格兰-施密特正交化算法计算出来的相位作为迭代初始值,利用没有滤波的两幅相移干涉图进行最小二乘法运算以获取最终的相位,为了节省时间,只选取有限数量的像素来参与迭代运算。通过比较发现,基于单滤波和差归一化算法和快速最小二乘法的两步相移算法的综合性能最好,该算法在较短时间内能获得较高的准确度。     

基于小孔点衍射的超精面形瞬态干涉测量技术

为解决时域相移小孔点衍射干涉仪中移相依赖昂贵压电陶瓷相移器,且长时间采集易受环境干扰影响的问题,提出一种基于偏振同步相移的小孔点衍射瞬态干涉检测方法.构建反射式结构的小孔点衍射干涉测量光路得到两束正交的圆偏振光,利用棋盘位相光栅分光与偏振片阵列移相,在CCD上同时获得4幅不同相移量的干涉图像,对单次采集的4幅瞬时干涉图...     

远距离多源图像融合系统实时配准设计

为了实现全天候多波段远距离实时图像监控,设计了具有微光、红外和可见光融合的光学前端,对多源图像进行实时配准研究。在平行光轴的基础上,通过计算不同视场图像的成像视差,计算仿射变换需要的参数,采用双线性内插算法弥补红外在成像方面与可见光图像的差别,将红外图像的变换制作成查找表存储在图像处理器DM642中,系统通过硬件查找表可以快速实现不同图像的配准变换,实现同步视频的实时配准与融合。实验表明:该设计能够准确地实现多源图像的实时配准,系统经过图像配准、图像融合和伪彩变换处理后的时间约为24.3 ms,系统探测距离大于3 km。     

基于小波变换的脑部医学Demons图像配准

非刚性配准是医学图像处理的一个重要研究方向。针对Demons衍生出的一系列经典的配准算法在医学图像应用上计算复杂、方向信息不足问题进行了研究。基于光流场模型的Demons算法依赖图像灰度梯度是图像发生变形,当缺乏梯度信息时,力不能确定,因而容易造成误差,并且该算法仅适合于单模态图像配准。为此本文提出了一种基于小波变换理论的频域Demons配准处理方法(B-Demons)。该方法利用小波变换能够对各个尺度、方向和位置实现较好定位的优势,通过高频、低频的图像变换反映出图像的特征信息。实验结果证明了算法的有效性和鲁棒性。     

基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法

多视点云拼接技术是物体三维测量过程中的重要环节。现有的无标志点三维点云自动拼接方法在对不同表面进行测量拼接时稳定性较差。针对此问题,提出了一种基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法。该方法建立了一个配准算法选择模型,通过引入配准算法判断因子来综合评价物体表面的几何、纹理复杂程度,从而系统可根据判断因子自适应地选择合适的配准算法,实现基于几何特征配准和基于图像特征配准的有机结合。并在特征点匹配过程中,采用随机抽样一致(RANSAC)算法对误匹配特征点进行剔除。实验结果表明,该方法可实现不同表面的稳定点云拼接。     

波长调谐干涉测量的相移标定方法

基于菲索干涉的变频相移技术,提出一种分步相移标定方法.生成n组t步相移干涉图,每步相移为π/2;将每步的n组干涉图分别与初始干涉图做相乘和傅里叶变换运算,在此基础上构建每步相移的误差函数;通过求取误差函数极值点来实现对每步相移值的准确标定.结果表明,该标定方法的标定准确度优于传统标定方法,且标定准确度提高了2~3个数量级.该方法不仅避免了传统相移标定中存在的随机误差,也彻底消除了累积误差.     

瞬态形变的高速时域散斑干涉测量

在迈克耳孙式干涉光路的基础上结合高速摄像和采集系统,利用时域散斑干涉测量技术,实现了瞬态三维形变场的实时测量。物体发生形变时会产生一个时变的散斑干涉场,通过连续采集的散斑干涉图序列便可得到各个像素点的一维时域干涉信号,即光强随时间的变化关系。在利用经验模态分解对干涉信号进行降噪处理之后,借助于希尔伯特变换的相移作用完成信号相位的解调,并在时域中进行相位展开,最终通过逐点分析获得全场的相位分布。为了验证该方法的有效性,对由压电陶瓷驱动的瞬态离面形变进行了测量。结果表明,该方法可在1000 frame/s的采集速度下实现动态形变的实时测量。与传统相移法相比,该方法结构简单,易于实现,在时间和空间上都具有较高的分辨率。     

高光谱干涉图像动态追踪补偿方法研究

结合基于位置姿态测量系统的目标动态追踪补偿校正和非等间隔快速傅里叶变换谱提取,提出一种机载遥感的高准确度校正方法.该方法通过位置姿态组合系统在承载平台稳定性较差的成像条件下进行实时姿态测量、主动校正、反馈补偿获取干涉图,再对校正后的干涉图进行空间变换和非均匀性谱提取,获得融合图像和目标光谱曲线.机载飞行实验表明:多谱段伪彩色融合图像效果良好,光谱反演准确度与传统校正方法相比有大幅提升.基于该方法的位置组合测量系统具有良好的机载环境适应性,可应用于稳定性较差的平台以及非干涉型原理的光谱成像探测系统,为机载高光谱图像运动误差一体化处理平台的研究提供了一条新途径.