基于一阶仄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。通过求新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议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。     

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。     

阴影叠栅相移非线性误差补偿算法研究

相移阴影叠栅干涉场的相位(高度)存在非线性关系,而传统的相移阴影叠栅技术往往忽略了相位与高度的非线性关系,从而在测量系统中引入测量误差。对此提出了一种基于迭代相位解调自调算法相移阴影叠栅技术,该方法利用最小二乘技术获得相移量估算值,利用该估算值通过迭代算法消除相移阴影叠栅的全场相位误差,从而得到正确的相位分布。模拟计算表明该方法可以有效解决相移不均产生的相位测量误差问题,且可实现光栅移动量的精确估算,其误差不超过3.4%。对比实验进一步说明了所提出方法的正确性和优越性。     

倾斜相移闭合干涉图的非迭代相位提取方法

针对带倾斜相移误差的闭合干涉图,提出一种非迭代的高精度相位提取方法.该方法用傅里叶变换估计闭合条纹的相位,并用图像分割校正相位的符号,然后利用Zernike多项式拟合确定倾斜相移量,最后用最小二乘拟舍得到高精度相位.数值模拟结果表明:该方法的相位提取误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小;当干涉图中条纹根数为4.5时,倾斜相移的估计误差为0.37％.实验结果表明该方法的残余误差均方根值为0.121 7rad.该方法精度高,且无需迭代计算,可应用于相移干涉测量.     

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。     

基于最小二乘迭代的多光束相移算法

高阶谐波和随机相移误差是影响干涉测量精度的主要因素.为了同时解决这两问题,提出了基于最小二乘迭代的多光束干涉条纹分析方法.该方法利用傅里叶级数将多光束干涉条纹展开为基波和各阶谐波之和.它只需要5帧随机相移的多光束干涉条纹,即可通过最小二乘迭代准确地求得相移值和相位分布.模拟计算结果表明,当测试面反射系数小于0.6、随机相移误差的均方根小于1时,只需10次迭代运算即可将误差控制在0.005 (PV)和0.003(RMS)rad之下,精度比传统的五步算法精度高.实验结果进一步验证了该算法的有效性,并表明该算法比双光束相移算法优越.     

相移测量技术中相移器研究

本文介绍一种用于相移测量技术的相移器。该相移器由计算机通过Ｄ／Ａ接口板自动控制输出电压幅度，其电路采用闭环控制，位移由压电晶体产生，具有很高的电压稳定度（０１％）和较小的相移误差（小于３°）。描述相移器的结构、驱动源工作原理及相移器标定方法     

相位测量轮廓术中随机相移误差的校正算法

在相位测量轮廓术(PMP)中．随机相移误差足导致测量误差的重要因素,提出一种新的随机相移误差的校正算法,在五步相移的基础上不需要求解相位分布．通过近似处理可以直接求解相移过程中存在的随机相移误差,在保证精度的情况下,能大大减少迭代次数和计算量。推导了新算法的计算公式,详细说明了随机相移误差的求解过程。计算机模拟和实验证实了新的算法的有效性。与In-bok Kong的算法相比较,新算法能大大减少迭代次数和计算量。该新算法也同样适用于相移干涉计量。     

抑制高阶谐波误差的随机相移条纹分析算法

高阶谐波和随机相移误差是影响条纹分析精度的主要因素。为了同时解决这两个问题,提出了基于频域滤波的迭代相移算法。该算法采用巴特沃斯低通滤波器,从频域上滤除条纹的高阶谐波分量,再运用最小二乘迭代方法从三帧随机相移条纹图像中提取相位信息。数值模拟和实验结果表明,该算法可有效地抑制由高阶谐波和随机相移引入的波纹误差,误差PV值和RMS值分别为0.368 8 rad和0.025 3 rad,其精度高于传统的三步相移算法和Wang算法。该方法适合于高精度干涉测量和三维物体表面轮廓测量。     

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。     

高精度干涉检验移相算法对振动误差的免疫能力

对移相干涉测量中影响移相稳定性,从而产生测量误差的小幅度机械振动进行了研究,建立了振动误差模型,仿真分析了Wyant84b三步算法、Hariharan87五步算法、七步算法和十三步算法4种不同移相算法对振动的免疫能力。模拟结果显示,十三步算法对振动的免疫能力最好,与已发表文献成果吻合,说明本文的模拟具有较高的可信度,在一定程度上能够对影响干涉仪精度的振动误差进行合理预测,并能够起到评价和筛选移相算法的作用。     

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。     

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.     

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.     

New algorithm of white-light phase shifting interferometry pursing higher repeatability by using numerical phase error correction schemes of pre-processor, main processor, and post-processor

White-light phase shifting interferometry (WLPSI) is frequently used for the precision measurement of 3D patterns in various fields. Phase error is one of the most dominant errors in WLPSI, and it is mainly generated by the scanner positioning error and mechanical vibrations. In this paper, phase error detection method by image analysis is proposed, and the numerical correction method for minimizing the phase error is also proposed. The image reconstruction method (IRM), iterative IRM (IIRM) as pre-processors, partial IRM (PIRM), least squares method (LSM) as a main processor, and surface compensation method (SCM) as a post-processor were developed for correcting phase errors. The five methods are implemented and simulated, and the pros and cons of each method are explained.Mirau type interferometry and the phase error generator using a PZT stage were used, and the measurements by WLPSI were done under various vibration conditions. The captured images were analyzed by the five correction methods, and the results were compared. Phase error was effectively minimized by the correction methods, and repeatability of 0.2 nm was obtained in the case of the specimen of 500 nm in height. Repeatability of 10 nm was obtained by conventional WLPSI algorithms for the same specimen.     

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     

An Improvement of Spatial Carrier Phase-shifting Method

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ ｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ[1] .Ｆｉｇ .1ＭａｉｎｐｈａｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄＳｏｍｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｉｎＦｉｇ .1 .Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｍｅｔｈｏｄ (ＨＭ )ｃａｎｒｅｔｒｉｅｖｅｔｈｅｐｈａｓｅｗｉｔｈａｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ 1 1 0 0 0ｗａｖｅ ,ｂｕｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉ…     

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.