基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法

为了提高测量速度,提出一种基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法,只需采集一帧图像,就能实现高速测量以及动态物体轮廓测量中的相位去包裹。论述了双频相位测量和变精度去包裹原理,并详细分析影响测量精度的因素。该方法采用计算机生成一帧双频双色正弦条纹图,用液晶数字投影仪投影,并用傅里叶变换的方法对两个单色条纹图进行分析,获得高低两种精度的被测物体高度信息,从而进行变精度去包裹处理。结果表明,利用该方法提高了测量速度,可得到较高的去包裹精度,其测量最大绝对误差为 1．413～-1．582 mm,标准差为0．363 mm。     

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。     

基于经验模式分解的三频彩色条纹投影轮廓术

为实现动态物体的实时三维测量,提出了一种基于经验模式分解的三频彩色条纹投影轮廓术。将低、中、高三种频率的正弦条纹分别经投影仪红(R),绿(G),蓝(B)通道同时投影至被测物面,CCD在另一角度拍摄变形条纹图。将变形条纹图R、G、B三分量互减消减背景干扰,用经验模式分解进行颜色解耦,分离各载频项,进而以傅里叶变换解调相位。以变精度去包裹算法按低、中、高频依次完成包裹相位展开,得到高频载频项的展开相位。计算机模拟时相位解调的标准差小于0.0417rad,具有较高的测量精度;对比实验和面部表情变化实验进一步说明了方法的可靠性。该方法在单次拍摄下实现了相位的解调及高精度相位的精确展开,为动态物体的高精度轮廓测量提供了有效的手段。     

一种用于三维面形测量的新的去包裹方法

本文提出一种可用于三维面形测量的新的去包裹方法。它在原有传统去包裹的基础上提出分割线的方法,能够正确标出应该参与去包裹的象素点及由噪音造成的相位不连续点,因而,在相位图存在噪音及信噪比较低的情况下仍旧可以得到正确且唯一的去包裹相位值。在三维面形测量中,去包裹后的相位值可以真实反映待测物体的面形,因此有很大的理论价值及实际意义。     

基于双频投影条纹的全自动相位解包裹方法

为了在相位轮廓测量术中更简便可靠地获取待测面的相位场,提出了一种利用双频投影条纹的叠栅特性进行全自动相位解包裹的方法。该方法通过分析双频投影条纹的条纹级数之间及相位之间的关系,推导了一套利用该双频条纹的相位主值获取真实相位场的公式。在利用这套公式进行解包裹时,各点的相位求取都是单独进行的,因此不会出现误差传递的现象;同时求解的相位场保持了相移法求解的相位精度。实验证实了该方法的可行性,并得到很好的测量结果。     

级数相位去包裹方法

提出了一个简单的相位去包裹方法－－条纹的极数相位去包裹算法,将其用来恢复物体的真实相位。与传统的条纹相位去包裹方法相比较,该方法能够消除光载频、物体边缘、阴影和盲点的影响。理论分析和实验结果证明该方法适用于条纹空间相位测量方法解调的包裹相位。     

数字散斑相位图去包裹新算法

提出了一种新的数字散斑相位图去包裹算法,主要针对检测对象为复杂非连续物体这一情况。物体在激光照明下,采用光学相位反相相减图像的方法来检测并标识出相位间断区,并利用改进了的行列去包裹算法。使去包裹过程只在相位有效区域进行,从而准确快速地实现全场有效区域的相位去包裹。与已提出的相位去包裹方法相比,该算法具有计算量小,速度快,并能有效地避开大面积的相位间断区的优点,该方法使数字散斑技术可以方便地应用于工程实际中如对复杂非连续构件的变形、振动等方面的定量分析。     

基于载频条纹相位分析的畸变测量和校正

为了对图像畸变进行测量和校正,利用纵向朗奇(Ronchi)载频条纹作为测量模板,通过成像系统获取畸变光栅条纹.运用傅里叶变换对畸变条纹图像进行频谱分析、滤波提取基频信息,直接从畸变图像的中心无畸变区域提取理想条纹像信息.通过相位分析提取包裹相位并解包,获得畸变光栅条纹的径向畸变相位分布规律.将该分布规律转化为径向位置畸变分布规律,并结合双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.实验结果证明该方法是有效的.     

基于可靠性的相位去包裹算法

提出了一种新的基于可靠性的相位去包裹算法。采用了队列算法及去包裹可靠性的判别标准。与传统方法相比,能够自动避开噪声区域,解决了相位去包裹中的阴影遮挡以及空洞等问题,克服了传统去包裹方法中的误差传播效应,能准确快速地对全场进行相位去包裹。设计了一套基于此算法的三维形面测量系统。     

双波长剪切散斑干涉法在复合材料缺陷检测中的应用

为使剪切散斑干涉能适用于物体大变形的测量,选用双波长激光照射和彩色相机,用傅里叶变换法对干涉图进行频谱分离,用红色波长相位减去绿色波长相位,得到合成波长相位,经频域滤波和相位解包裹,得到连续相位.理论计算表明合成波长相位条纹数是单波长相位条纹数的0.189倍.合成波长参与计算可以有效减小相位条纹密度,解决剪切散斑干涉在物体离面位移测量中由于变形条纹过于密集而导致欠采样的问题,同时降低对干涉条纹滤波和相位解包裹难度,增强图像处理可靠度,提高了测量准确度.给出了合成波长与单波长相位幅度的比较以及相同外力下二者相位条纹密度的对比,实验验证了所提方法的有效性、准确性和可靠性,实现了剪切散斑干涉对复合材料大变形的测量,扩展了剪切散斑干涉工程应用的范围,为新型剪切散斑干涉测量系统的设计提供了参考.     

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.     

基于结构光编码的相展开方法

探讨了一种新的基于结构光编码相展开技术。实现方法是先将计算机构造的用于解相的光栅由投影仪投射到物体上 ,再将计算机构造的一系列黑白相间的编码光栅也由投影仪投射到物体上 ,然后将畸变栅线图像由摄像机采集到计算机中 ,用解相光栅进行解相得到折叠在 [-π ,π]区间内的相主值 ,用所述结构光编码方法进行相展开得到相位的周期 ,二者相加得到真实相位值。与传统的相展开方法相比 ,该方法相展开过程变得相对简单 ,不依赖于路径 ,不存在误差的传播 ,对噪声的抗干扰能力强 ,能够得到准确的周期 ,并能够与解相过程有机结合起来。实验证明该方法获取光栅周期快速、准确     

调制度分析在等步长相移法相位展开中的应用

推导了两种常用等步长相移算法的调制度表达式,提出一种新的调制度分析方法。该方法用于等步长相移法中基于加权最小二乘法的相位展开,能够充分利用调制度信息,构造二值和小数权重,从而增强相位展开过程对多种干扰因素的免疫力。实验结果说明了该方法的有效性和实用性。最后比较了二值权重和小数权重在加权最小二乘法的相位展开中的性能表现。     

双波长数字全息相位解包裹方法研究

使用两个不同的波长分别记录数字全息图,分别由数值再现得到每个波长对应的包裹相位图,再求得两者的相位差得到等效波长的相位图,通过此双波长相位解包裹方法得到连续的相位分布以消除相位包裹。通过数值模拟研究了双波长相位解包裹方法,搭建了双波长数字全息实验系统,并利用660nm和671nm两个波长的激光对标准石英平片和平凹透镜进行了相衬成像。通过双波长相位解包裹方法得到了连续的相位分布,实验结果与数值模拟结果具有较好的一致性,证明了双波长相位解包裹方法的有效性。     

从一幅载频全息图中实现相位重构的新算法

为了实现对单幅载频下涉图进行相位重构.提出了一种避免相位"解包裹"的简易算法.该算法从载频干涉图中解出所求相位的两个偏导数,然后对两个偏导数积分从而得到所求的相位.利用该算法分别对计算机模拟的干涉图和实验所得干涉图进行相位重构,重构结果均表明该算法能够很好地从载频干涉图样中实现相化重构.并且由于避免了相位"解包裹"的过程,从而简化了相位重构的流程,同时也避免了由相位解包带来的错误或误差.此外,该方法在重构相位时,对干涉图中强度分布的不均匀性不敏感.     

A method for enlarging absolute phase unwrapping range by active phase setting

An active phase-setting method applied to a frequency-modulated grating is proposed for enlarging the absolute phase unwrapping range. It is found that the absolute phase unwrapping range is related to initial phase of grating. Therefore, the grating is optimized by presetting two different initial phases, which one is constant in frequency-modulation term and the other is related to the ratio of two frequency in linear phase-modulation term. By using absolute phase unwrapping algorithm, which is improved for suiting the new grating, absolute phase unwrapping range successfully is enlarged and achieves the theoretical range. The experimental results show the feasibility and validity of new method.     

一种新的快速解相位方法

提出了一种快速可靠的4步相移编码-解相位算法。通过对中心条纹的光强进行摄动,将编码信息加入到基本相移光栅中,使4幅基本相移图不但包含了相位场主值信息,还包含了解相位所需的编码信息。建立了摄动度函数描述相移图的摄动信息进而得到编码信息,解出完整的相位值。对摄动度函数的误差和噪声进行分析,提出方向滤波方法来消除噪声,极大地减少了编码信息的误判情况。仿真和实验证实了本算法的可行性。与传统相移法相比,解相位的速度和可靠性得到明显的提高。     

仿视觉过程的相位展开方法

在所有基于条纹分析的光学测量中,相位展开问题是难以避免的问题。所有传统的相位展开方法的共同点都是在相主值图中通过邻域内相主值差和寻找无噪声的相位展开路径来完成的。如果不利用整幅图像像素间的联系,则误差会沿展开路径传播。根据人眼识别栅线图周期的过程提出了一种与以往完全不同的相位展开方法。经过初步提取周期分界线、修补分界线和根据分界线确定周期三个步骤即可完成相位展开过程。该算法的原理简单明了,实现起来相对简单,只需单幅条纹图像即可得到周期,因而可用于动态测量。实验结果验证了该算法的可行性。     

Noise immune unwrapping based on phase statistics and self-calibration

Unwrapping is an important step for precise phase measurement in an interferometric technique. Due to the effects of noises and speckles, an accurate unwrapping has been quite difficult. To address this issue, a new phase unwrapping method is proposed. The new method uses the wrapped phase statistics together with the limited smoothness characteristics of the interference phase. In this method, statistical parameters of the wrapped phase are firstly obtained. The step is then followed by a self-calibration process to identify and correct corrupted data points to obtain preliminary unwrapped phases. Finally, a phase revision step is taken to remove the effects of the residual errors. A computational testing was carried out to demonstrate the performance of the proposed method at six different levels of noise injection. An experimental test was also carried out using a lateral shearing interferometer. The success and the precision achieved using the proposed algorithm show that the method is quite effective and accurate for phase recovery under the condition of noise contaminations.