结构光测量中快速相位解包裹算法的讨论

对Schofield等提出的快速傅里叶变换（采用4次傅里叶变换和4次逆傅里叶）解包裹算法和Volkov等提出的相位重建算法（仅采用两次傅里叶变换和一次逆傅里叶变换）进行了讨论,提出基于离散余弦变换的快速相位解包裹算法.指出前两种算法在处理一般带噪音的模拟相位图时具有明显的优势,其处理结果非常接近理想值,而在处理相位变化剧烈或不连续区域的实验相位图（采用四步相移法测量雕刻佛像的三维面形）时出现较大误差,甚至无法处理,而基于离散余弦变换算法能很好的解决这个问题,并且拥有比前两种算法更快的运算速度.在实际应用中,针对不同的相位图把Schofield所提出的算法与基于离散余弦变换的算法结合起来,可以解决大部分相位解包裹问题.     

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。     

基于边缘检测的最小不连续相位展开算法

为克服Fylnn最小不连续相位展开算法效率较低的缺陷,以快速高效地展开包裹相位图,提出了一种基于边缘检测的最小不连续相位展开新算法.先对孤立噪声点预处理并将其排除在增长环搜寻扫描区域外,然后利用边缘检测技术检测出相位不连续区域,并把其作为扫描区域.由于利用边缘检测使增长环搜寻所需的扫描范围在很大程度上缩小,最小不连续相位展开算法的效率得到了很大提高.详细描述了新算法的原理和实现步骤,并用计算机模拟和实际的包裹相位图来验证其有效性.相位展开结果表明,新算法能正确展开这些包裹相位图,且较最小不连续算法有更高的效率.     

光学干涉图像处理中基于质量权值的离散余弦变换解包裹相位

为减少噪声对相位恢复过程的影响,快速得到正确的解包裹相位,提出了一种改进的相位解包裹方法——加权离散余弦变换解包裹算法。该方法把离散余弦变换和标识相位数据好坏的质量权值结合起来,兼有速度快和可靠度高的优势。为验证此算法,对模拟和实验得到的包裹相位图添加随机噪声和散粒噪声,同时采用加权与非加权离散余弦变换算法进行处理,所得到的解包裹结果与未加噪声的解包裹相位值进行比较,结果表明,通过加权离散余弦变换算法恢复的相位图比非加权离散余弦变换算法所恢复的相位图更接近于理想值,而且两种算法的运行速度基本相同,这证明提出的算法不仅保证了效率高的优点,而且所恢复的解包裹相位具有较好的噪声免疫能力和可靠度。     

数字全息显微术中三种相位展开算法的比较研究

为了解决数字全息显微术相位重建中的欠采样问题,引用一种基于横向剪切干涉术的改进型最小二乘法相位展开算法,并与基于离散余弦变换的原始最小二乘法算法以及质量图导向路径算法进行比较。采用欠采样高斯函数进行计算机模拟,并进行了实验验证,结果表明了横向剪切干涉术方法的有效性。上述改进型最小二乘法相位展开算法在解决包裹相位图中的欠采样问题更有效,从而能够更精准地重建物体的相位信息。     

含噪声包裹相位图的加权最小二乘相位展开算法研究

二维相位展开广泛应用在精密光学测量、自适应光学、合成孔径雷达、图像处理等领域中。为处理含噪声包裹相位图,以预条件共轭斜量法求解权重最小二乘相位展开方程。引入非加权二维离散余弦变换求解泊松方程得到的最小二乘相位解作为共轭斜量法的初始解,从而加快了收敛速度,同时提出一种新质量图确定算法求解过程中的权重项。计算机模拟和试验表明算法计算速度快,能有效地消除传统路径积分法在处理信噪比低包裹相位图时的"拉线"现象,是一种有效的相位展开方法。     

禁忌搜索在最小不连续相位展开算法中的应用

Flynn最小不连续相位展开算法能成功展开多种类型的包裹相位数据,但该算法在整个包裹相位图像中循环搜寻相位不连续区域,使整个图像的相位不连续最小,计算量大,效率较低.为了克服该缺点,将禁忌搜索的思想应用于最小不连续相位展开算法中,利用包裹相位图的质量图,按照质量从劣到优把所有节点划分到不同的等级,将高质最区域的节点暂时禁忌.这种禁忌搜索策略,优先在低质量区域搜索相位不连续,确保搜索区域从不连续概率最高的区域开始,因此最大可能地减少了无用的搜索过程,加快了算法的收敛速度,提高了相位展开算法的运行效率.     

基于图切割的相位展开

剪切散斑干涉术中,普遍采取相移法提取相位,只可得到被包裹的相位信息,进一步量化计算之前,必须展开相位,但是大量的散斑噪音使相位展开变得非常困难.本文提出基于图切割理论的相位展开算法,将相位展开等价于整数的最优估计问题,通过最小化能量函数展开相位,无需对散斑包裹相位图进行滤波,就可以从包含大量散斑噪音的包裹相位图中准确地提取出真实相位,极大程度地保留了相位包裹图中的细节信息.对于同一幅模拟的散斑包裹相位图,传统的质量导向枝切法和最小二乘法的均方根误差分别为11.7076和4.9775,新算法的均方根误差则为0.9459,数值模拟与实验结果均验证了新算法优良的抗噪性能.     

基于图切割的相位展开

剪切散斑干涉术中,普遍采取相移法提取相位,只可得到被包裹的相位信息,进一步量化计算之前,必须展开相位,但是大量的散斑噪音使相位展开变得非常困难.本文提出基于图切割理论的相位展开算法,将相位展开等价于整数的最优估计问题,通过最小化能量函数展开相位,无需对散斑包裹相位图进行滤波,就可以从包含大量散斑噪音的包裹相位图中准确地提取出真实相位,极大程度地保留了相位包裹图中的细节信息.对于同一幅模拟的散斑包裹相位图,传统的质量导向枝切法和最小二乘法的均方根误差分别为11.707 6和4.977 5,新算法的均方根误差则为0.945 9,数值模拟与实验结果均验证了新算法优良的抗噪性能.     

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.     

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。     

基于离散泊松方程解的相位展开方法

提出了基于离散泊松方程解的相位展开方法，针对被测件表面疵病(阴影、断裂、孔洞、噪声等)奇异点所产生的相位跳变和截断，建立了相位展开算法模型；引入离散余弦变换求解具有诺埃曼边界条件的离散泊松方程，得到最小二乘意义下的展开相位解。经实验证明，该方法能够消除干涉图奇异点相位跳变，消除传统相位展开法所产生的“跳序”和“拉线”现象，恢复真实相位。     

基于DCT算法的种子点相位解包算法

移相干涉术由于其高精度被广泛应用在光学元件的面形测量上,而由移相算法得到的相位数据被包裹在[-π,π]之间。基于区域生长理论的相位解包算法(种子点法)可以高精度地实现连贯区域的相位解包,基于离散余弦变换的最小二乘解包(DCT)算法可以实现矩形区域的相位解包,而实际测量中,经常会碰到被测件的有效区域为非矩形的分离区域。因此,在分析前两种算法优缺点的基础上,提出了基于DCT算法的种子点相位解包算法。首先运用DCT算法对整个包裹相位进行解包,然后运用种子点法分别解包各分离区域,再通过DCT算法求得的种子点干涉级次实现各分离区域解包相位的统一。实验结果表明,该方法克服了种子点法和DCT算法的缺点,可以准确、快速地实现分离区域干涉图包裹相位的解包,且比这两种算法具有更好的稳定性和更高的精度。     

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。     

最小二乘相位解包络方法

介绍一种最小二乘解相位包络的方法 ,该法的优点在于把图像作为一个整体处理 ,图像上每一个像素点的值由方程唯一确定 ,而且解得的相位图与原包裹的相位图偏差平方加权最小 ,具有局部解相法所不具有的优点。实验证明 ,它能够处理局部处理方法难以解决的相位图 ,并给出几幅实际相位图的处理结果     

基于分支设置的质量导引相位展开算法

二维相位展开方法是近年来较为活跃、引起关注的一个研究课题,它在许多测量应用中有着重要的作用。尽管掩膜阻断算法在多个领域都有成功应用实例,该算法存在着固有的缺陷。为了克服掩膜阻断算法的缺陷,综合分支阻断方法和质量导引方法的优点,提出一种基于分支设置的质量导引相位展开新算法。它先以一个初始质量图来引导分支的设置,然后把分支对应的相位质量设置为最低,从而产生一个新的质量图,最后按新质量图来引导相位展开,并使用几个包裹相位图来验证此方法的有效性。计算机模拟相位图和实际相位图的相位展开结果表明,在存在复杂轮廓不连续和高噪声的情况下,该算法优于模板阻断算法,能得到较好的相位展开结果。     

激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度测量（英文）北大核心CSCD

利用马赫曾德尔干涉测量系统采集到等离子体的激光干涉图像。为了提高数据处理的精度,应用了改进的数字式二次曝光傅里叶法从干涉图中获取了初始的缠绕相位,并采用改进的基于掩膜与枝切法的相位解缠算法对缠绕相位进行相位解缠。在对解缠相位做Abel逆变换后,得到了不同延时时刻下激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度的空间分布。结果显示:测量得到的电子密度主要为1018 cm~(-3)数量级。实验表明,在记录的时间范围内激光等离子体的电子总数变化不大,且电子密度的变化与等离子体体积的变化大致成反比。