The fluctuating phase error analysis in the digital grating phase-shifting profilometry

The nonlinear response of the experimental system and the saturation of fringe patterns can induce the fluctuating phase error in the projection grating phase-shifting profilometry. Two major factors of the fluctuating phase error are discussed by simulation. The fluctuating phase error caused by the nonlinear response of the system is four times the frequency of the fringe pattern when the conventional four-frame phase extracting algorithm is used. However, such error can be decreased by five-frame algorithm. On the other hand, the fluctuating phase error caused by the fringe saturation is five times the frequency of the fringe pattern by using conventional five-frame phase extracting algorithm. A novel phase recovering algorithm is used to decrease the phase error caused by the saturation. Furthermore, the applicability range of the proposed phase recovering algorithm is analyzed by simulation and experiments with different saturation degree of the fringe pattern and nonlinearity of the measurement system.     

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     

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。     

新型傅里叶变换光谱探测系统相位误差校正方法

为了降低基于MEMS(micro-electro-mechanical systems)微镜的傅里叶变换光谱探测系统复原光谱仪的畸变,提高复原光谱的质量,减小系统相位误差的影响,提出了一种系统相位误差的修正方法。首先分析了基于MEMS微镜的傅里叶变换光谱探测系统中相位误差的主要来源,分析结果表明：该新型傅里叶变换光谱探测系统的相位误差来源于光程差的零点漂移,该相位误差可以通过改进该系统干涉仪的结构引入过零采样并利用Mertz乘积法进行修正。搭建了光谱探测系统的实验平台,对该相位误差校正方法进行了实验验证,实验结果表明：采用了改进干涉仪并利用Mertz乘积法校正误差后的光谱探测系统所测得的复原光谱质量得到明显改善,去除了原复原谱畸变产生的负峰,且旁瓣得到明显抑制。该相位误差校正方法能够很好的降低相位误差对系统性能的影响,能够有效地提高系统的光谱探测性能。在提出的基于MEMS微镜的新型傅里叶变换光谱探测系统的基础上,分析了该系统相位误差的来源,提出了一种系统相位误差的修正方法,提高了系统的光谱探测性能。     

波荡器位相误差对自由电子激光

 对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明：与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

谐振腔光纤陀螺相位调制复位误差影响的研究

对数字相位斜波调制中2π复位误差对谐振腔光纤陀螺（R-FOG）的影响进行了研究.结果表明,相位复位误差将会导致R-FOG输出光强信号的波动,光强波动周期等于相位斜波复位周期.反射输出光强的波动在相位斜波的前后半周期明显不同,前后半周期输出光强平均值的差异与复位误差的大小和方向相关.提出了一种相位调制复位误差的消除方法,利用前后半周期平均光强差作误差信号,反馈控制相位调制通道增益,可实现复位误差的消除.     

结构光测量中的高精度相位误差补偿算法

在模拟分析投影仪伽马非线性对相位误差影响的基础上,提出一种直接分析投影光栅特征并建立相位误差查找表的算法.对相位误差进行补偿.该算法通过分析一组投射到标准白色平板上的光栅图像,确定光栅相位值与相位误差的对应关系,并量化存储在一个查找表中,测量过程中使用查找表对相位误差进行补偿.实验结果表明.该方法可大大降低由投影仪伽马非线性引起的相位误差,系统测量精度达到0.043 mm,比误差补偿前提高了5.6倍.     

Error evaluation for Zernike polynomials fitting based phase compensation of digital holographic microscopy

Combining the experimental research with the simulation calculation, the error evaluation for Zernike polynomials fitting (ZPF) based phase compensation of digital holographic microscopy (DHM) is performed. The obtained results show that the reconstructed phase with high precision can be obtained by ZPF phase compensation algorithm. Moreover, the phase error for ZPF based phase compensation algorithm increases with both the variation of object height and object transverse area, the larger variation of object height, the larger of phase error, and the larger of object transverse area, the faster increase of RMS phase error. To decrease the error of ZPF phase compensation algorithm, it is required to ensure one of the variations of object height and object transverse area to be a small value. Importantly, the proposed method supplies a useful tool for the error evaluation of phase compensation algorithm.     

平面偏振光场光弹性实时相移法的误差分析

研究了在获取图像的过程中转角变化、偏振片方位角误差及试件所受的载荷变化对平面偏振光场光弹性实时相移法的影响。通过理论分析与数值模拟,讨论了在不同条件下等倾角相位误差。等倾角相位误差随着每场转角变化的增加而增大;偏振镜方位角误差使等倾角相位产生平移;试件所受的载荷变化会引起所采集的光弹性图像误差,对等倾角的计算结果会产生较大的影响。研究结果对合理设计光弹性实验装置、正确评价和执行实验技术具有积极的指导作用。     

基于傅里叶变换模式的啁啾脉冲频域—时域相移转换的研究

基于频谱干涉原理和傅里叶变换的模式对啁啾脉冲频域相移转换为脉冲瞬态时域相移的基本原理进行了理论研究;推导出频域—时域相移转换过程中的相移误差传递公式;给出啁啾脉冲时域相移的最小时间分辨受制于参考脉冲的频谱宽度.对相移转换过程进行了数值模拟和分析,结果显示：通过该方法可以得到具有瞬态特性的时域相移,且频域相移误差是以被缩小的形式转换到时域的,与相移误差传递公式计算的结果具有较好的一致性. 关键词： 频谱干涉 频域相移 啁啾脉冲 时域相移     

消除移相干涉测量中线性移相误差的五帧算法

在移相干涉测量中存在着移相器的移相误差,这对测量结果的精度有很大的影响。提出了消除移相器线性误差的五帧算法,使用该算法对五帧干涉图像进行处理。使用MATLAB软件针对移相干涉测量过程进行了模拟仿真。仿真结果表明,该算法在相位提取过程中可以消除移相器的线性误差因子,并对于常见的高斯噪声影响不敏感,从而提高了表面形貌测量精度。     

相位移法中的量化误差效应

对相位移测量技术中的条纹强度量化所引起的相位误差进行了定量研究，给出了相位测量误差与条纹强度误差之间的统计关系式，对条纹强度量化误差进行傅时叶级数展开，并利用条纹强度与相位的关系求得该级数的系数，进而得到的标准Ｎ幅算法的相位的解析表达式，最后对强度量化误差效应的一些影响因素进行了讨论。     

像面数字全息的重建相位误差分析和改善

像面数字全息是数字全息技术中常用的测量和成像方式,它通常采用离散傅里叶变换和频率滤波的方法进行物光波的重建.本文讨论了这些算法对重建相位的影响.首先分析了频谱泄露对于相位误差的影响,结果表明当采样周期为整数时,重建相位误差很小,因此具有极高的相位重建精度;而当不满足整周期采样时,相位重建误差有了明显的增加.为了改善频谱泄露所引起的相位误差,采用Hanning函数对数字全息图进行了预处理,结果表明Hanning窗的加入能够有效地提高重建相位的准确程度.     

Digital fringe image gamma modeling and new algorithm for phase error compensation

Sinusoidal phase error caused by gamma distortion is the dominant error source in phase measurement profilometry. Considering the gray saturation and defocus of captured image, we developed a new gamma model deduced from binomial and Fourier series expansion. The compensation model eliminates the phase error virtually and improves the applicability of gamma model error compensation. The experimental results show that the method is superior to traditional algorithms.     

低多义性误差的条纹反射技术系统结构研究

条纹反射技术中的多义性误差将直接影响测量结果的精度，现有的多义性误差消除方法会大大增加系统复杂程度，且只能补偿部分的误差。推导了条纹反射系统不含多义性误差的准确相位-梯度解析模型，对该模型仿真分析得出:当系统设置满足进入相机的光线与参考平面和显示屏都成90°夹角条件时，系统多义性误差近乎为0的结论，基于此，提出一种基于同轴光路系统结构，实验证明了所提出的同轴光路系统结构在物体表面高度从0增加至3 mm时多义性误差始终近乎为0，普通系统结构的多义性误差随着物体表面高度从0增加到3 mm时，多义性相位误差从0增加至1.5 rad，实验证明使用提出的同轴系统可以大大抑制条纹反射技术中的多义性误差。     

A method for calibrating the position error of phase retrieval with transverse translation diversity in optical wavefront measurement

We present a method for calibrating the position error of phase retrieval with transverse translation diversity in optical wavefront in situation where the position error sharply influences algorithm precision. This method involves testifying that the essence of the position error in phase retrieval is the translation in frequency domain and the minimum of iterative error against position error reaches when there is no position error. Then the least square method is used for fitting the relationship between the iterative error and the assumed position error in polynomial function. The computer simulations used to prove the validity of this method are described. The results indicated that this method can calibrate the position error to approximately 1/500 mm which nearly has no influence on the phase retrieval.     

基于时间反演电磁波的稀疏阵列单频信号空间功率合成

基于时间反演技术, 建立了稀疏阵列单频信号相干合成的数学模型, 定义了合成效率函数概念, 推导出合成信号幅度最大时刻目标点合成效率值的统计特征与相位误差及阵元数的关系表达式, 并通过理论分析与仿真计算研究了相位误差对时间反演单频信号合成效果的影响. 分析表明, 当其他参数确定时, 假设相位误差服从一定范围的均匀分布, 且相互独立, 则峰值功率时刻的合成效率均值与阵元数无关, 仅与误差分布范围有关; 峰值功率时刻的合成效率方差与两者均相关, 且误差分布范围确定时, 阵元数越大, 峰值功率时刻的合成效率方差越小. 仿真计算结果表明, 即使存在一定的相位误差, 利用时间反演技术, 仍可实现单频信号在目标点邻域的相干合成及能量聚焦; 对相位误差的控制精度应结合需求与实现条件折中考虑. 本文的方法与结论可为研究稀疏阵列功率合成在高功率微波武器等技术中的应用提供理论依据.     

Gamma畸变的相位误差模型与Gamma标定技术

Gamma畸变是数字相移测量技术的主要误差源。以通用的均匀步长相移技术为对象,分析了Gamma畸变对相位计算的影响,建立了相位误差与谐波系数的关系模型,证明了各阶谐波系数在Gamma值影响下的递推公式,进而提出了基于离散傅里叶变换的Gamma标定技术。基于此Gamma标定值,通过Gamma预矫正降低相位误差。实验结果表明,标定的Gamma值在整个像平面具有较强的稳定性,Gamma矫正后使相位误差减小了77.5%,在曲面测量的结果中,水波纹明显得到抑制,曲面质量得以提高。     

消除相位测量轮廓术中多路径效应的影响

提出了一种减小多路径效应带来的误差影响的方法,优化了相位测量轮廓术,利用亮度调制的差分图确定了受多路径效应影响大的区域,并根据相邻像素点的相位进行校正。实验表明,该方法有效地减小了相位误差,提高了三维测量的精度,校正后相位误差的均方根值比校正前减小了约57.3%。     

去偏光纤陀螺轴向磁场问题的理论研究

运用琼斯矩阵，对去偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度进行研究.基于单色光分析了轴向磁场产生的法拉第非互易相位差的机理，理论推导了实际的非互易相位差，给出仿真结果、分析结果和实验结果，并提出减小轴向磁场作用下的Faraday非互易相位差的主要方法是使得两个消偏器的45°误差之和(θ3+θ4)→0.