单幅条纹图相位解调的小波分析方法

相位解调是条纹相位分析的关键问题.本文提出一种应用小波频率估计联合频率导数对变形条纹进行瞬时频率分析,从中提取参考基频,从而依靠单一变形条纹实现相位解调的方法.首先,理论上证明了当变形条纹瞬时频率空间导数等于零,该空间点的瞬时频率等于参考基频频率;其次,引入Gabor小波提取变形条纹的瞬时频率空间分布,利用变形条纹瞬时频率的空间导数分布识别提取参考基频,从而实现相位解调.利用该方法进行了三维形貌测量的实验,结果表明该方法在实现相位解调中效果良好.     

自适应统计滤波的单幅干涉条纹图相位解调研究

基于统计信号处理技术的最大后验估计原理 ,提出一种新的自适应滤波方法。该方法能有效减少干涉条纹图中的噪声 ,仅估计一幅非载波条纹图上每一点的空间频率向量的幅值和方向 ,通过解系数阵为正定阵的方程组 ,就能获得准确的条纹相位分布。通过实例说明了此方法的处理过程。     

一种新的单幅条纹图的相位解调方法

基于非载波条纹图的条纹灰度分布的极值准确定位,提出了一种新的由单幅条纹图解调相位方法.该方法首先准确定位每个条纹灰度的极值包括最大和最小,再基于极值图将条纹的强度值分布线性地变换到-1和1之间,最后利用arcos反余弦取代传统的atan2反正切算法求出相位,结合极值图就能快速准确地解调出含有封闭条纹的条纹图相位.本方法仅用一幅条纹图,不需要传统的条纹定级和对分数级条纹插值与拟合,自动判别条纹相位变化的波谷,准确获得条纹相位分布.这一方法使光测法研究动态和瞬态问题成为可能,而不需引入载波法调制条纹.文中通过实例说明了本方法的处理过程.     

单幅载频条纹图的相位恢复新算法

针对单幅载频变形条纹图的相位重构问题,提出了一种快速、高精度和免解包裹的相位恢复新算法。该算法利用两次希尔伯特(Hilbert)变换法从单幅条纹图中分离出正弦分量和余弦分量,然后由这两个分量计算出相位的斜率,对水平和垂直两个方向上的相位斜率进行积分,最后得到全场相位分布。计算机模拟和实验结果表明,该算法仅需一幅变形条纹图即可很好的恢复全场相位分布。与传统的傅里叶方法相比,该算法不需要解包裹处理,简化了计算量,避免了相位解包裹过程带来的误差,并且对阴影和相位不连续点不敏感。     

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.     

非单调条纹图的相位恢复新方法

在连续小波变换和展开相位拐点识别的基础上,提出一种非单调条纹图的相位恢复新方法.包裹相位通过连续小波变换的方法提取,提出小波变换尺度步长的选择准则及对粗糙尺度作迭代均值滤波的技术.基于展开相位拐点与符号歧义点的单应性,可通过检测并修正展开相化拐点的方法恢复非单调条纹图的真实相位.给出了详细的理论推导、数值模拟及实验验证过程.数值模拟包括一维及二维的含噪声信号,实验为基于显微干涉法的微桥的静动态形貌和变形测试.模拟及实验结果表明,该法只需一幅条纹图即可准确解调非单调条纹的相位,最大误差小于4%,且具有极强的抗噪能力.这为显微干涉测量提供了有效的相位恢复新手段.     

小波变换轮廓术中用小波脊系数幅值引导相位展开的研究

为了减少小波变换轮廓术中相位展开过程的误差传递,从小波变换的相关实质出发,提出了在小波变换轮廓术中利用以前被忽略的小波脊系数幅值作为可靠度判据指导相位展开的方法.该方法选择最大幅值的小波脊系数所在位置作为相位展开起始点,根据小波脊系数幅值的大小,确定一条由大幅值到小幅值的最优化的展开路径,最大限度减少了相位展开过程中的误差传递.由于充分利用了小波变换系数的幅值信息,最大限度减小了相位展开过程中的误差传递.计算机模拟和实验验证了基于小波脊系数幅值的相位展开方法的正确性.     

基于统计滤波的单幅散斑条纹图的相位恢复技术

基于统计信号处理技术的贝叶斯（Bayes）估计原理,提出一种新的滤波方法。该方法能有效减少散斑条纹图中的噪声,而且仅用一幅散区斑条纹图就能获得准确的条纹相位分布,通过实例说明了该方法的处理过程。     

单幅圆条纹相位展开光刻对准研究

针对光刻对准中产生的单幅封闭干涉条纹经相位解析后获得的包裹相位,提出在极坐标系对其进行相位展开进而获得对准偏移量的方法.该方法首先将对准过程中两圆光栅相对移动产生条纹的相位分布从直角坐标系转换到极坐标系;其次分析在极坐标系下对准偏移量与相位参量的关系;最后通过取不同径向半径获得初始相位振幅与相位延迟进而求取对准偏移量.数值模拟与实验验证该方法的可行性并与传统的最小二乘与路径跟踪相位展开方法进行了对比分析.结果表明该方法对包裹相位进行展开进而达到几十纳米量级的高准确度对准,具有很强的适应性.     

相移阴影莫尔条纹正交化解调技术

提出一种基于克莱姆正则化分析法的三帧自标定相移阴影莫尔三维轮廓技术.该技术首先采用移动光栅的方法获得相移条纹图,然后通过不同帧相移条纹图相减去除条纹图背景,进而结合克莱姆正交化法和最小二乘法,发展了一种相位解调方法,提取了测量相位.以五步Harlharan算法为参考,用不同算法对同一物体表面进行测量.结果表明,相对于典型的三步相移法和主量分析方法,提出的方法测量得到的相位误差最小(0.5rad),且简化了测量过程.     

基于小波变换的解相技术研究

提出一种基于小波变换的频域解相技术。对调制栅线图像进行小波变换,生成被测物体背景图像,两幅图像相减得到相对变形栅线图像,分析基频谱,由于背景成分基本消除,利于有用频带的提取,可以实现大梯度变化曲面和复杂形面的自动轮廓测量。     

采用双方波信号和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅

提出了一种采用双方波信号和B-样条小波解调弱反射光纤布拉格光栅(WFBG)的方法,并进行了实验验证.单个方波周期设置为相邻WFBG间光纤中激光往返传输的时间,对单个方波进行猝发操作形成双方波,则前WFBG反射的后方波与后WFBG反射的前方波重叠干涉.采用B-样条小波变换降低干涉信号的噪声,利用Hilbert变换对干涉信号进行π/2相移,对原干涉信号和相移后干涉信号比值进行反正切运算,得到干涉信号的相位信息.将间隔为50m的5-WFBG阵列置于木地板上,分别接收不同振幅和频率的正弦声波,采用上述方法解调的干涉相位信号能较好地反映声波信息.该解调方法解调光路简单,数据处理简单.     

The Application of Digital Filtering to Phase Recovery when Surface Contouring using Fringe Projection Techniques

If structured light consisting of parallel stripes, or fringes, is projected onto a surface, then the surface acts as a phase modulator, with the amount of modulation at any point depending upon the height of the surface at that point. In recent years considerable effort has been devoted to the problem of fringe demodulation, with prominence given to techniques using fringe-phase stepping and Fourier analysis. It has long been known that phase demodulation is possible using a system of filters, and the technique has been widely used in the related area of frequency demodulation in radio. In this paper the development of phase demodulation using a system of digital filters is considered. For the accurate recovery of image phase it is necessary for the filters to introduce zero phase shift, or to have a phase shift proportional to frequency. The design of the digital filters is considered and their performance is assessed using the signal from a real modulated fringe pattern and a simulated signal. It is shown that the demodulation technique works well, even with a poor signal-to-noise ratio. © 1997 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Analysis on fringe pattern demodulation by use of 2-D CWT

We discuss the wavelet transform profilometry based on the continuous wavelet transform technique as viewed from frequency analysis. We deduce the expression of one-dimensional (1-D) and two-dimensional (2-D) wavelet transform in frequency domain and analyze their characteristics in the application of demodulating the fringe patterns. We also compare 1-D CWT and 2-D CWT in demodulating the oblique fringe patterns with dual carrier frequency components. When oblique fringe patterns are processed, the direction normal to the grating line and x axis or y axis is not identical. By 1-D CWT, in which wavelet transform is carried out row by row, we cannot obtain the most similarity between local signal and the wavelet functions with different dilation values. While a fan 2-D continuous wavelet transformation can deal with the fringe pattern as a 2-D unit as well as has multi-directions, its advantage is that it can be used to exact the information in the spatial direction. However, its spatial localization ability is not very good, which leads that it is not suitable for demodulating the fringe patterns with high phase variation. Computer simulations and experiments have verified our analysis.