基于调制度分析的加权最小二乘相位展开方法(英文)

介绍了光学相位展开的加权最小二乘法,采用调制度分析方法确定其权值.模拟和实际的相位展开例子都说明了其有效性.     

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     

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。     

基于N元正弦码元的时间相位展开

提出了一种N元编码时间相位展开方法来实现彩色复杂物体的三维测量。传统的阶梯状条纹在测量整个表面反射率范围较大的物体时,条纹数量过多会导致量化困难。利用从相移条纹中提取的N元正弦码元替换传统的量化灰度码元,通过进制转换将N元正弦码元嵌入到所要投影的条纹中来实现条纹级次的编码。在解码时,先通过编码条纹与N步正弦相移条纹的差异逐点计算N元量化条纹,再根据对应的逆进制转换获取唯一的条纹级次,最后利用截断相位消除条纹级次边缘处的错位误差。实验结果表明,相比传统的时间相位展开方法,所提方法有效提高了编码效率,并在测量彩色复杂场景时表现出了较高的鲁棒性。     

基于二元光栅特征提取的相位展开方法

传统基于正弦光栅相位测量轮廓术中,相位因反正切运算而被截断在（-π,π]之间,需要利用菱形等相对相位展开算法进行展开,容易产生相位误差累计,甚至无法展开相位;或者利用投影辅助格雷码等额外结构光场来确定条纹级次,避免相位误差累计,实现相位的展开。提出了一种基于二元光栅特征提取的相位展开方法。通过投影一组相移二元光栅来实现三维测量,既避免了投影仪伽玛非线性对三维测量的影响,又将投影系统的刷新频率提高一个数量级,同时利用二元光栅本身的图像特性,在不增加辅助结构光场投影的前提下,自定条纹级次,从而将自定的条纹级次相位与截断相位相加,实现展开相位,有效避免了相位误差的累计。实验验证了所提方法的可行性和有效性,解相结果与未发生累计误差的菱形算法解相结果具有很好的吻合效果。     

相位编码条纹投影轮廓术的相位展开误差校正方法

相位编码法是条纹投影技术中常用的一种相位展开方法。然而,受到随机噪声、图像采样、系统离焦等因素的影响,条纹阶次与包裹相位的对应关系容易被破坏,从而引入相位展开误差。根据相位展开误差的分布特点,提出一种附加二值条纹的相位展开误差校正方法。引入的二值条纹与相位编码条纹的码字存在半周期错位,使得计算出的2组条纹阶次值具有互补性,利用两者的互补性可以有效地消除相位展开误差。仿真和真实实验均表明,该方法能够准确地恢复出被测物体的绝对相位,具有较高的可靠性。     

基于平面估计的三维测量相位展开新方法

工业自动化生产中微米级的三维测量大多采用相位测量轮廓术,但其中现有的包裹相位展开方法容易受图像噪声和相位突变的干扰;在电路板贴片安装的锡膏三维测量中,利用电路板的平面区域包裹相位信息进行平面估计,然后全局相位展开向拟合平面靠拢,根据统计信息确定参数,得到连续相位;利用展开后的相位再进行电路板平面的二次曲面拟合,提高基平面的拟合精度和相对高度;对比实验证明了该方法的鲁棒性和快速性,处理时间短,不受噪声、相位突变、阴影等干扰。     

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.     

利用双频外差和时空相位展开实现三维测量

为了使用高频条纹实现对物体三维形貌高精度快速测量,提出了一种利用双频外差和时空相位展开实现三维测量的方法。该方法仅投影两套高频条纹图片,利用双频外差方法计算出一个频率较低的截断相位分布,经空间相位展开得到其对应的连续相位,用于指导高频条纹截断相位展开,获得三维重建需要的绝对相位分布。该方法对双频外差后的低频截断相位上进行空间相位展开,降低了空间相位展开难度,增加了双频条纹投影三维测量的适用范围。实验结果表明该方法的STD误差为0.06 mm。该方法利用两套高频正弦条纹、不增加投影第三个频率条纹图的情况下,实现了高精度快速三维形貌测量。     

单幅圆条纹相位展开光刻对准研究

针对光刻对准中产生的单幅封闭干涉条纹经相位解析后获得的包裹相位,提出在极坐标系对其进行相位展开进而获得对准偏移量的方法.该方法首先将对准过程中两圆光栅相对移动产生条纹的相位分布从直角坐标系转换到极坐标系;其次分析在极坐标系下对准偏移量与相位参量的关系;最后通过取不同径向半径获得初始相位振幅与相位延迟进而求取对准偏移量.数值模拟与实验验证该方法的可行性并与传统的最小二乘与路径跟踪相位展开方法进行了对比分析.结果表明该方法对包裹相位进行展开进而达到几十纳米量级的高准确度对准,具有很强的适应性.     

基于模拟退火的相位展开方法

二维相位展开技术被广泛应用于光学精密测量、自适应光学、合成孔径雷达、图像处理等领域中。提出了一种基于模拟退火的相位展开方法。此方法对主值相位图采用局部平面近似，用模拟退火算法求出最优化平面参量，从而得到去除噪声和2π相位跳变的真实相位图。计算机模拟和实验结果均证明，此方法能有效地去除相位图中的噪声，实现带噪声的主值相位图的相位展开，可靠地重建被测物体的表面形貌。详细介绍了这一方法的原理及实验结果。     

基于相位跳变区划分的相位展开方法

提出了一种相位跳变区域的确定方法，在此基础上提出一种基于相位跳变区划分的相位展开方法。计算机模拟和实验结果均证明：此方法对噪声有很强的抗干扰能力，能有效地实现带噪声的主值相位图的相位展开。     

相位测量轮廓术中时空结合的三频相位展开

提出了一种时空结合的三频时间相位展开方法,提高了三频时间相位展开方法的抑噪能力和相位展开的可靠度。在所提方法中,用灵敏度大于1的条纹代替传统三频时间相位展开法中灵敏度为1的条纹。通过计算这些条纹的截断相位,对其进行空间相位展开,并利用这些展开相位来指导其他两帧高灵敏度截断相位图的展开。与传统三频时间相位展开方法相比,在最高灵敏度条纹空间频率相同的情况下,所提方法缩小了三套条纹之间的频率倍数差,进而减小了噪声对相位展开的影响,提高了三频时间相位展开的可靠度和精度。     

基于相位展开的三维流场干涉层析术

提出用傅里叶变换进行干涉图相位展开（ＰｈａｓｅＵｎｗｒａｐｐｉｎｇ）的办法直接恢复变形波面，从而可以提取轴向任意截在上的投影数据，实现真正意义上的三维层析，模拟温度场实验证明基于相位展开的投影数据提取方法能够更好的完成层析计算。     

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11.707 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.     

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.     

基于最小二乘拟合的波片相位延迟测量

提出一种精密测量波片相位延迟的新方法.将待测波片置于起偏器和检偏器之间,通过步进电机控制波片匀速旋转,基于最小二乘法拟合出射光强随波片方位角变化的曲线,进而得到波片延迟.根据上述原理,建立了一套波片延迟测量系统,并分析了系统的稳定性、可测量的延迟范围、接收器件的非线性效应、系统误差源这4个影响测量精度的主要方面.结果表...     

小波变换轮廓术中用小波脊系数幅值引导相位展开的研究

为了减少小波变换轮廓术中相位展开过程的误差传递,从小波变换的相关实质出发,提出了在小波变换轮廓术中利用以前被忽略的小波脊系数幅值作为可靠度判据指导相位展开的方法.该方法选择最大幅值的小波脊系数所在位置作为相位展开起始点,根据小波脊系数幅值的大小,确定一条由大幅值到小幅值的最优化的展开路径,最大限度减少了相位展开过程中的误差传递.由于充分利用了小波变换系数的幅值信息,最大限度减小了相位展开过程中的误差传递.计算机模拟和实验验证了基于小波脊系数幅值的相位展开方法的正确性.     

一种相对距离导向的相位展开算法

提出了一种相对距离导向的相位展开算法,根据相邻像素相位数据的特点,在复数平面上定义一个像素间的相对距离,构成相对距离树,用来标识相位展开路径的可靠性,由距离树导向进行相位展开.给出了距离树的物理意义和算法设计,以相位测量轮廓术为例给出了新算法的应用实例.实验结果表明,算法是合理的和有效的.相位展开的路径总是沿着具有最小距离值的路径到较高距离值的路径方向进行,所以在最坏的情况下误差也被限制在局部最小区域.