基于快速傅里叶变换的条纹图像处理研究

为提高船体扭转角变形测量精度,对双光栅干涉测量法产生的莫尔条纹采用快速傅里叶变换频域处理。采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别对图像进行快速傅里叶变换,对比分析图像频谱,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息。分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中高频噪声,获得莫尔条纹有效信息。实验结果表明,莫尔条纹的频域处理精度远高于空域处理结果,使扭转角测量精度提高到1.2″。     

基于快速傅里叶变换的实时相移校正算法

在相移测量剖面术（ＰＭＰ）中,提出了一种基于快速傅里叶变换的相移校正算法,利用最初多采的一幅条纹图的信息和傅里叶变换调制度模板,快速地计算出当前的相移值。采用该算法,能实时准确地控制投影光栅的移动,大大提高了测量系统的工和自动化程度,具有极大的实用价值。     

基于图像二维小波多尺度分解傅里叶变换轮廓术

应用傅里叶变换轮廓术测量物体三维面形时,当被测物体形状复杂或是被噪声严重污染时,导致频谱分布展宽,发生频谱混叠现象,基频提取困难,无法准确恢复物体的三维面型.提出了基于小波分解的傅里叶变换轮廓术,采用小波变换的方法对变形条纹图进行二维多尺度分解,重构被测物的背景图像,滤出图像的零频成分,得到相对变形条纹.运用小波变换与傅里叶变换轮廓术相结合的方法,只需拍摄一幅变形条纹图,将被测物体与背景分离,不受背景成分的影响,且易于基频信息的提取,降低了对滤波器的要求.实验证明该方法较好地防止了频谱的混叠问题,提高了测量范围与解相精度.     

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.     

基于傅里叶频谱分析的相位测量轮廓术系统Gamma非线性校正方法

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正,使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法,利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值,再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换,实现投影条纹输入值的提前校正,以获取具有良好正弦性的结构条纹,从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图,而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。     

利用联合付里叶变换谱干涉法测量透镜焦距

本文提出了采用联合付里叶变换频谱干涉法测量透镜焦距的方法。输入面上两个分布完全相同的图像经光学付里叶变换在频谱面上得到二者付里叶变换频谱的干涉条纹，通过测量干涉条纹的间距即可得到透镜的焦距。该方法装置简单、操作调整方便；易于采用实时空间光调制器、ＣＣＤ及微机实现快速自动测量，且具有较高的精度。文中进行了原理分析和实验验证。     

动态液面面形测量

将傅里叶变换轮廓术（FTP）运用到地动态液体面形测量,采用CCD快速获取由龙基（Ronchi）光谱投影到处于动态变化过程的液体表面上的一系列变形条纹,经过傅里叶变换,频谱滤波,逆傅里叶变换,三维相位展开等处理后得到的重建的一系列液面面形,能再现动态液面的变化过程,也能获取液体旋涡的一些特征参数,为流体力学相关研究提供了一种新的方法。     

基于频谱分析的匀速运动模糊图像模糊方向识别

点扩展函数的设置是图像复原中的关键问题,对于匀速直线运动模糊图像,运动方向和模糊长度决定了点扩展函数。根据运动模糊图像和原始图像在频谱上存在的对应关系,即运动模糊图像频谱存在着对应于传递函数零点的暗条纹,提出对运动模糊图像,通过二维傅里叶变换、二值化以及Radon变换检测运动模糊图像频谱图上暗条纹的方向和位置,来实现运动方向测量的方法。用该方法对模糊图像进行检测,模糊方向的识别精度小于1°。实验证明该方法可以实现平面内任意方向运动的测量。     

基于时频波谱对易原理分析莫尔条纹谱

数值解析信号波形时频域对易演变过程,研究任意信号波形与频率组分的内在联系, 并将该对易原理应用于莫尔条纹相位分析,提取相位信息。采用矩形窗模拟冲激波形和直流波形的变换过程,通过控制矩形窗函数窗宽,获得各种宽度矩形脉冲,窗宽趋于零情况下获得冲激波形,趋于∞获得直流波形。自开发快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)系统,对矩形脉冲实施离散傅里叶变换,方便快捷获得相应频谱数值解析波形,分析波形与频谱对易关系。结果发现,矩形窗函数频谱是Sa函数,窗宽变化导致Sa函数波形变化。窗宽减小时,Sa函数波形展宽,振动舒缓,趋于零极限时,变成直流波形。窗宽增大时,Sa函数波形紧缩,振动加剧,趋于∞的极限时,演变成δ冲激波形,信号波形时频域是对易的。根据时频域波形与频谱对易关系,在分析莫尔条纹时,将莫尔条纹的一级谱滤出并归一,由波谱对易原理,时域信号将体现Sa函数,使条纹对比分明,便于提取相位信息。     

频域干涉测量中脉冲延迟时间测定方法的研究

在基于超短激光脉冲频域干涉技术的超快激光与物质相互作用的测量实验中,束一束间的延迟时间对瞬态特性的测量至关重要。利用两束脉冲频谱干涉条纹宽度与脉冲相对延迟时间成反比关系这一特性,阐述了通过对脉冲频谱干涉图进行傅里叶变换,在干涉条纹傅里叶变换面（时间域）上测量脉冲延迟时间的基本原理,并给出了测量误差分析,数值模拟结果显示通过傅里叶变换的方式,在频谱干涉图的时间域上可以有效地提取出两束脉冲间的相对延迟时间。     

数字投影仪性能最大化计算莫尔轮廓术

提出一种数字投影仪性能最大化计算莫尔轮廓术。为了满足动态测量的需要,利用数字投影仪的最大化刷新帧率和最高条纹频率设计,将二元编码条纹代替传统的8 bit数值正弦条纹使投影仪刷新率由传统60 Hz提高到数千Hz以上。通过编码满足抽样定理的最小周期二元条纹,利用数字投影仪的最优投影帧率性能,即可以在数字投影仪上实现投影条纹的最小等效波长,也可以实现计算莫尔条纹的优化提纯,进而从源头上有效提高计算莫尔轮廓术（CGMP）的测量精度。通过与傅里叶变换轮廓术（FTP）和高精度计算莫尔轮廓术（HCGMP）的对比实验验证了该方法的可行性和有效性,表明所提方法具有较高的测量精度,通过在线运动“心型”物体的测量表明所提方法可以满足在线和动态三维测量需要。     

可编程成像系统中莫尔条纹处理方法研究

使用对傅里叶变换频谱进行空间滤波的方法,根据“切口”滤波器在频谱突变位置出现振铃现象的缺点,设计了基于“切口”滤波器的多点高斯滤波器.实验表明:使用该方法可以有效降低莫尔条纹对系统采集到图像质量的影响,得到的重构图像清晰,基本无振铃现象,可以满足系统需要.使用该方法运算量小、处理简单,能够由嵌入式系统完成.     

一种分析薄膜振动模式的结构光条纹时间平均法

提出了一种用于振动物体表面快速测量的光学测试系统和方法。该系统采用结构光三维传感技术,利用时间平均法来实现对振动表面的测量和振动模式分析。用低帧频商用CCD相机记录由光栅投影到振动物体表面上形成的一系列变形正弦条纹,对获取的一帧变形条纹经过二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换等处理得到调制物体振幅的零级贝塞尔函数分布。给出了该方法的理论分析,推导了相应的计算公式。计算机模拟和实验验证了该方法的可行性。实验证明,该方法具有数据获取速度快,全场非接触测量以及实验装置简单等优点。     

用电子学全息方法测量两平行光束微小夹角

提出一种根据电子学全息原理测量两平行光束微小夹角的方法，其基本思路是，用ＣＣＤ作为记录介质经图像采集卡将双光束干涉条纹图像采集于计算机中，并通过离散傅里叶变换实现干涉条纹图像从空域到频域的变换，根据所得到的频谱分布图，获取条纹数并算出条纹间距，进而推算出两平行光束的夹角。详细地阐述了该方法的原理，通过实验验证了其测量微小光束夹角的可行性，对其测量精度、范围和角度分辨率作了定量地分析。     

伸缩窗口傅里叶变换在三维形貌测量中的应用

为了克服窗口傅里叶变换在分析非平稳信号所存在的缺陷,基于窗口傅里叶变换技术提出了伸缩傅里叶变换法并应用于三维形貌测量中。通过对窗函数在空间尺度上引入伸缩变换,得到一个可调宽度的空间一频率窗,实现空间频率分辨率随光栅图像条纹频率变化自动可调的实时快速测量。该方法克服了窗口傅里叶变换分析中所有频率窗口的大小形状固定不变的缺点,适合复杂物体形貌的测量。给出了理论分析、计算机模拟以及实验研究结果。     

从变形光栅条纹提取基准光栅信息

基于傅里叶变换轮廓术,提出一种直接从变形光栅条纹中提取基准光栅条纹信息并重建基准光栅的测量方法.分析了基准光栅条纹和参考平面的功能,揭示变形光栅条纹和基准光栅条纹的关系;应用窗口傅里叶变换对变形光栅条纹中的各个微小区域进行频谱分析,从中识别并提取基准光栅的频率和相位信息;重构出一幅完整的基准光栅条纹,实现三维物体形貌测量.实验结果表明该方法是可行的,为三维形貌测量提供一种新手段.     

激光莫尔干涉谱投影信息提取

分析了真实火箭喷焰的激光莫尔干涉谱,并提取其投影信息,重建了密度场。使用自制的大口径、高灵敏度莫尔偏折仪采集真实火箭喷焰的莫尔条纹图;采用傅里叶变换对莫尔条纹展开技术处理,获得了莫尔条纹的相位分布。根据莫尔条纹边缘提取背景,进一步获得背景相位分布。变形莫尔条纹的形变量通过求相位差获得,进一步提取轴向任意截面的投影信息。应用基于偏折投影的“简单自相关代数迭代重建算法(SSART)”层析流场。等间隔取8个方向的投影进行迭代,重建了截面密度分布图。结果发现,根据火箭喷焰的莫尔条纹,采用傅里叶变换相位展开技术,可以方便地提取任意截面的投影信息。应用SSART技术可以重建截面密度分布。因此,基于偏折投影的“SSART”算法是一种优良的非线性偏折层析重建算法。     

基于傅里叶变换的激光数字散斑测量平板玻璃的楔角

采用基于傅里叶变换的激光数字散斑测量了平板玻璃的微小楔角.通过在光路中借助毛玻璃的散射特性,采用高分辨率CCD直接记录激光散斑图像,对散斑图像进行快速傅里叶变换获得散斑结构的高信噪比的杨氏双缝干涉条纹,分析干涉条纹获得光强分布曲线,采用移动平均法消除光强曲线噪声后计算出干涉条纹间距,从而计算出平板玻璃的微小楔角.     

傅里叶变换轮廓术中频谱泄漏的讨论

讨论了频谱泄漏对傅里叶变换轮廓术测量精度的影响。由于用傅里叶变换轮廓术进行三维面形测量时 ,测得的变形光场是空间有限函数 ,故离散傅里叶变换时先要进行周期拓展 ,如果拓展周期选择不当 ,拓展后的条纹将不连续 ,对之进行傅里叶变换会产生频谱泄漏。文章从理论上推导了拓展周期与变形结构光场频谱泄漏之间的关系 ,给出了由泄漏引起的视场边缘误差的计算模型和定量分析。提出采用条纹外插以减小泄漏误差的方法 ,计算机模拟及初步实验证实了该方法的有效性。     

傅里叶变换轮廓要中频谱泄漏的讨论

讨论了频谱泄漏对傅里叶变换轮廓术测量精度的影响.由于用傅里叶变换轮廓术进行三维面形测量时,测得的变形光场是空间有限函数,故离散傅里叶变换时先要进行周期拓展,如果拓展周期选择不当,拓展后的条纹将不连续,对之进行傅里叶变换会产生频谱泄漏.文章从理论上推导了拓展周期与变形结构光场频谱泄漏之间的关系.给出了由泄漏引起的视场边缘误差的计算模型和定量分析.提出采用条纹外插以减小泄漏误差的方法,计算机模拟及初步实验证实了该方法的有效性.