量化对PMP测量精度的影响研究

相位测量轮廓术(PMP)采用相移法测量相位,系统的测量精度取决于相位测量精度和相位-高度映射算法。由于数字计算机在处理数据时进行了离散化处理,从而引入了量化误差,本研究通过理论推导和计算机仿真实验,以测量误差为对象,研究了信号量化对PMP测量精度的影响。实验得出量化误差对相位测量的影响随调制度的增大而减小。     

基于双谱的谐波信号相位重构

本文提出了一种基于双谱分析的谐波信号相位精确重构方法.该方法通过在被测信号中加入一相位为零的半基频信号,并对该合成信号进行双谱分析,实现了被测信号的相位精确求解,解决了已有基于双谱的信号相位估计方法中所存在的相对相移问题.仿真结果验证了该方法的有效性.     

数字全息显微术用于生物细胞相位重构与补偿的研究

讨论了数字全息显微术(DHM)相位测量中显微物镜引入的附加相位的消除问题。在DHM相位重构中,对比分析了两步法和泽尼克多项式拟合两种附加相位补偿方法,进行了相应的实验研究,实现了多种生物细胞的相位重构。研究结果表明:两种补偿方法均能有效地消除DHM系统的相位误差。对于两步补偿法,由于补偿计算需要两组数字全息图,实验记录耗时,对记录系统稳定性要求高,但采用有、无样品相位相减的补偿算法简单,能够同时补偿显微物镜带来的球面附加相位和光学系统带来的其他相位畸变,相位重构的精度高。对于泽尼克多项式拟合补偿方法,补偿计算仅需一组数字全息图,在动态相位测量中具有特别的优势,但相位重构的误差随待测细胞高度和面积的增大而增大,为提高泽尼克相位补偿法的相位重构精度,需要保证物体的光学高度或者是物体的横向面积在一个较小的范围内变化。上述结果将为DHM用于生物细胞相位重构的研究和应用提供参考。     

基于相位法的三维测量系统的相移误差分析

采用投影栅相位法进行三维测量时,光栅移动的精密控制是整个测量系统的基础。针对相移误差,对硬件系统进行设计,通过步进电机细分控制实现更小、更平稳的相移误差;并对传统的四步相位提取算法进行优化,在优化算法中,稳定的相移误差项可以作为中间变量,即其大小随机变化不再对相位计算结果产生影响。实验结果表明:设计的硬件系统调试简单,步进电机可以实现最小1/128细分;优化后的算法有效地抑制了相移误差对测量结果的影响,进一步提高了表面微观形貌的测量精度和可靠性;从而使得测量系统的整体性能指标得到提升。     

四步相移结合互补格雷码的快速相位展开

为提高相移条纹投影测量系统的精度与效率,提出了一种四步相移结合互补格雷码的快速相位展开方法,有效消除了相位展开误差,并能够显著提升计算效率.引入的互补格雷码与传统格雷码的条纹阶次存在半周期错位,利用这种错位与中值滤波结合可完全消除相位展开误差.首先,采用大津法对全亮图案进行二值化生成掩码图像;其次,以掩码图像非零区域为...     

显微数字全息重构透明物体相位

测量透明物体的相位是重构透明物体（如生物组织）三维形貌的基础，文章用显微镜物镜、压电陶瓷和CCD建立了一套测量微小透明物体相位的显微数字全息光路，对平面光场通过透明物体后相位被调制，经显微物镜后在像面上用CCD记录全息图时的光场分布，以及数字全息重构相位的过程与计算公式进行了推导，给出了相关的计算，同时讨论了全息图记录条件。     

一种抑制相位测量轮廓术数字化误差的方法

在采用数字光投影仪(DLP)的相位测量轮廓术(PMP)系统中,DLP投射的光栅信号实质上是对正弦模拟光栅信号的数字化,数字化过程不可避免地影响PMP的精度,本文提出一种通过连续相移多周期的相位测量来抑制数字化过程引起的误差的新方法.实验结果表明,该方法对各种相移步数的PMP均有抑制数字化误差的能力,特别在五步相移轮廓术采用三周期相移时数字化误差抑制能力最佳.     

基于双N步相移与全频解相的三维测量方法

针对N步相移法无法克服测量系统中投影设备的非线性响应以及抑制三频外差解相存在的跳跃性误差,提出基于双N步相移与全频解相的三维测量方法.首先,通过标准双4步相移法求解初始包裹相位与融合包裹相位,依据条纹调制度确定组合包裹相位;然后利用三频外差法对部分条纹解包裹获得一级条纹级数,再基于全频解相算法中条纹级数与相位的关系,获得二级条纹的展开相位.最终的实验结果表明:所提方法实现简单,展开相位平滑无跳跃性误差,相比现有方法解相效果更好.     

基于相移法的多目标运动物体三维重构

相移法可实现静态物体三维形貌的高精度重构,对于运动物体形貌重构则误差较大。其根本原因为相移法需要多个条纹图进行物体重构,而传统相移法理论没有包含物体的运动信息,无法描述物体运动对相位的影响。导致当物体在条纹图间发生运动时测量误差较大。针对以上问题,提出了一种利用物体运动信息对多个二维运动物体进行三维重构的新方法。不同的被测物体可具有不同的运动轨迹。首先,对多个被测物体进行识别并确定目标区域;然后,采用KCF算法对物体进行跟踪并使用SIFT算法提取物体运动前后的特征点,分别估计描述物体运动的旋转平移矩阵。将运动信息带入条纹描述方程中,获得包含运动信息的三维重构模型,最终采用最小二乘法提取正确的相位值。结果证明:该方法能有效地减少由物体运动引起的测量误差,扩展了三维测量的应用范围,具有较高的工业应用价值。     

数码相机调焦误差对相位测量轮廓术的影响

给出了数码相机对同一光栅条纹进行多次再调焦拍摄的实验结果，对调焦误差引起的相位测量误差进行了统计分析和数值模拟，给出了相位测量误差和调焦误差之间的解析表达式，并对调焦误差引起相位误差的一些影响因素进行了讨论。数值模拟与理论分析的结果一致。最后，提出了减小或避免这一误差的办法。     

基于空间光调制器的一步相移同轴数字全息

提出了一种基于空间光调制器的一步相移同轴数字全息术,该技术利用空间光调制器相位调制特性一步实现参考光四种相位延迟,获取含有四种相移信息的单幅复合数字全息图。数值模拟和预研实验表明,复合数字全息图经过插值和再现运算后,再现物波中的零级和共轭像被有效地去除,再现图像清晰。相比于时间相移全息术仅能研究静态物体的局限性,基于空间光调制器的一步相移数字全息术可用于实时记录和表征物体动态变化特性,在生物细胞活体观测、粒子场动态测量等领域有着广泛的应用前景和研究价值。     

基于螺旋相位滤波的共路相移数字全息适

提出了一种基于螺旋相位滤波的共路相移数字全息术.在成像系统的频谱面上放置中心带有一通光孔径的螺旋相位板(SPP),在输出面上记录输入物体经螺旋相位滤波后的输出像;将螺旋相位滤波器绕轴旋转一定角度,通过中心光孔的零频成份与其他高频成份间会产生与旋转角度成正比的相移;利用这一特点,通过记录多幅对应不同旋转角度的输出光场强度分布图,然后再用一定的相移算法实现被记录物体相位分布的数字再现.理论分析和计算机模拟实验研究表明,该方法是实际可行的.     

基于任意相移量的4步相移数字全息新方法

为了研究相移数字全息中的相移量计算问题,从菲涅耳衍射和全息理论出发,对相移离轴无透镜傅里叶变换数字全息的记录和再现进行了分析,推导了基于任意相移量的4步相移数字全息图的光场表达式,提出了一种利用相位相减计算任意相移量的新方法,并进行了相应的实验验证,得到了预期效果.结果表明,该方法与传统的4步相移方法相比,不需要对相移器进行严格标定,也能有效地消除数字全息再现光场中的0级衍射和共轭像,提高再现像的信噪比,因此,这对降低测量系统的复杂性,促进4步相移数字全息的发展是有帮助的.     

压缩感知相移数字全息术

相移数字全息图用传统数字再现可以消除零级像与共轭像,但数字全息术记录的全息图及数字再现像的分辨率被CCD的分辨率所限制.将新兴的压缩感知算法用于数字全息图的稀疏重建,以实现由部分全息图数据得到高分辨率再现像.分析了压缩感知用于重建数字相移全息图的原理,并利用该算法对计算机模拟的相移全息图进行了重建.结果表明,压缩感知算法能够对数字全息图稀疏重建,利用50％的部分全息图数据重建出了较高质量的再现像,并消除了零级像和共轭像.当选用合适的观测器如数字微反射镜器件或随机位相片实现随机观测矩阵时,可以实现单像素成像,从而突破记录全息图CCD分辨率的限制.     

预放大相移无透镜傅里叶变换显微数字全息术的研究

利用菲涅耳衍射和全息理论 ,对预放大相移无透镜傅里叶变换显微数字全息术的记录和再现进行详细的理论分析和实验研究。其结果表明 :相移技术可以有效地解决数字全息再现像分离问题 ;预放大方法用透镜可以方便进行显微物体的放大 ;无透镜傅里叶变换全息术不仅可以降低数字全息采样条件的要求 ,而且在相同条件下可以记录物体更多的高频信息 ,上述三种技术的结合将是在目前CCD性能限制的条件下 ,提高显微数字全息再现像分辨率的有效途径。同时 ,也为高质量显微数字全息再现像的获得提供重要参考     

基于一维空间数字相关的实时相移标定方法

摘要提出一种空间相关实时相移标定方法，用于解决存在振动和空气扰动等干扰因素情况下，相移条纹图难以准确采集和相移器的非线性对相移精度的影响问题。分析了该方法的原理和使用条件，比较了与傅里叶标定方法间的异同。实验中通过对相移器不间断驱动，使存在干扰的干涉条纹相位呈单调变化，利用两幅条纹图采集存储的时间间隔插入一维空间相关计算，实时计算出所采集条纹图与参考图之间的相关系数及其与指定的相移量余弦值之差，差值最小时得到与指定相移量最接近的相移条纹图。实验结果表明，该方法适合在稀疏等间距干涉条纹下使用，实现方法简单，运算量小，实时性强，相移器的非线性对标定结果不会产生影响，即使存在一定干扰，也能准确实时标定出相移量。     

两步相移数字全息再现像的分割研究

图像分割是从图像分析到图像处理的关键步骤,因此对该全息再现图的分割具有重要意义。传统的相移数字全息技术记录次数多、记录时的曝光次数较多,因而随机误差大。项目组提出了一种基于参考光估计的两步相移数字全息术,只需记录两幅相移全息图就可实现原物光波的重建。选取了水平集算法进行分割处理,鉴于水平集算法特点,为了提高分割精确度和效率,提出了一种粗分割与细分割相结合的方法。实验证明,该方法对于两步相移全息再现图的分割具有较好效果。     

部分相干光数字全息消色差相移技术研究

为了在以发光二极管作为光源的数字全息中降低系统相移误差,引入消色差相移的方法。对所提的方法进行了理论分析和实验验证。研究了发光二极管的光谱分布,并计算了在其光谱范围内使用压电陶瓷微位移器引入的相移误差,分析了基于旋转半波片的消色差相移装置的原理,计算出半波片位于不同方位角时两干涉光束间的相位差,由计算结果可知,此相位差独立于波长,即可以实现消色差相移。最后采用普通商用发光二极管作为光源,分别使用不同的相移方式进行了相移数字全息实验。结果表明,采用消色差相移装置的数字全息重建结果质量较采用压电陶瓷相移器的重建结果质量有明显提升。这一结果对于提升部分相干光数字全息的重建质量是有帮助的。     

空间载波相移法用于全息CT测量气体温度场

为了能从干涉图像中快速识别相位,将空间载波相移法用于实时全息检测,以电热丝周围的气体为研究对象,采用单次曝光法作了实时全息实验,获得两种干涉图像,结合全息CT技术,均得到了待测气体的温度场.研究结果经比较表明,该方法在实时全息干涉测量中,不但可行,而且准确度高,便于实际应用.     

移相器类进动现象对干涉测量的影响

压电晶体(PZT)光学移相器作为移相干涉仪(PSI)的关键部件，其移相误差直接影响被测波面的相位复原精度。分析了压电晶体移相器在移相过程中导致干涉图旋转的原因——类进动，其本质是移相器在伸长的同时其参考镜端面法线方向绕着伸长方向产生旋转。利用典型的Hariharan五步移相算法。得出了类进动现象所导致的波面相位复原误差计算公式，给出了在测试孔径上的误差分布图。对影响误差大小的主要因素如干涉条纹的宽度、旋转的角度和测试口径等进行了具体分析，由此推导出在移相干涉仪光学调整过程中控制干涉图旋转误差的准则。