相位去包裹技术进展

散斑干涉、全息等光学测量技术的广泛应用,推动了相位去包裹研究的快速发展,迄今为止已提出了多种相位去包裹算法.文中对去包裹算法的研究进行了综述,简要叙述了各种算法的基本思想和方法步骤,并对它们进行了分析比较.     

相位去包裹技术进展

散斑干涉、全息等光学测量技术的广泛应用,推动了相位去包裹研究的快速发展,迄今为止已提出了多种相位去包裹算法.文中对去包裹算法的研究进行了综述,简要叙述了各种算法的基本思想和方法步骤,并对它们进行了分析比较.     

一种新的区域增长相位去包裹算法

相位去包裹是分析光学干涉系统相位图的一个关键环节,受各种噪声或欠采样的影响,传统的去包裹算法不能很好地恢复真实相位,误差会沿去包裹方向扩散,在真实相位图上形成"拉线"现象.提出了一种新的在品质图导引下基于路径预测的区域增长去包裹算法,该算法具有较强的抗噪声性能,即使存在少量欠采样点时仍能较好地去包裹.将其应用于三维面形测量中,可以有效地解决由于噪声、欠采样、低信噪比和低调制度等原因造成的相位畸变对正常去包裹的影响.文中给出了具体算法,并对人体石膏像模型进行了去包裹,结果验证了该方法的有效性和可行性.     

干涉图去包裹位相的二次校正

相位去包裹是移相干涉技术中关键的组成部分。一些去包裹算法在处理具有较多无效成像点的干涉图时，会在处理结果中引入较大的算法误差。提出了通过对去包裹位相进行二次校正的方法，实现去包裹位相算法误差的有效消除。文中通过基于DCT变换的最小二乘去包裹算法为例进行了说明，并通过一光学平晶表面的处理结果对方法进行了验证。     

圆形域干涉图中的相位解包裹

相位解包裹问题是许多干涉术中存在的基本问题.运用DCT方法的解包裹算法是十分有效、健壮的,然而仅适用于方形域条纹图处理.本文引入加权迭代方法将其有效地运用于常见的圆形域干涉图的处理.模拟结果表明,加权迭代法的计算精度可达10^-7rad,相对于普通的DCT解包裹算法有非常大的提高.我们在自行研制的DOP-2000型数字光学轮廓仪上,运用相移干涉术对一多刻线样板进行了测量,实验结果进一步表明,本文的加权迭代法是一种非常有效和实用的方法.     

基于傅里叶变换的确定性相位去包裹算法的应用研究

针对强相位跳变,特别是噪声存在时的相位去包裹问题,介绍了一种基于傅里叶变换的确定性相位去包裹算法,并从数学上对该算法进行了详细推导。理论推导和具体的应用实例表明,该算法突破了现有算法的一些局限性,是一种与路径无关、去噪的快速、高精度相位去包裹方法。     

基于数字全息的单透镜表面轮廓检测

为了对光学元件的三维面型进行检测,提出了用数字全息的方法实现单透镜的非接触无损、高效率检测。首先构建了离轴透射式数字全息系统,采用角谱算法对数字全息图进行再现,然后采用HRO相减法消除零级衍射干扰像,提高全息图质量,利用最小二乘法对相位进行解包裹,进而获取透镜的三维轮廓信息。实验结果表明,数字全息技术能有效获取光学元件表面轮廓信息。     

基于DLP技术的刀具刃口检测系统

硬质合金刀具刃口是影响精密加工表面质量以及表面微观几何形貌的重要因素。针对目前测量过程中出现的问题,提出利用DLP技术来测量刀具刃口的三维形貌。其原理是用计算机产生正弦投影条纹,经数字投影仪投射到物体表面,条纹经物体表面调制产生变形,用CCD摄像机将变形条纹拍摄下来。再利用计算机进行相位场提取、相位去包裹,得到绝对相位值。最后经系统标定、坐标变换可得物体表面的三维数据基于数字条纹投射的光学3D传感器,这样能够很好很快地提取刀具刃口的三维形貌。     

数字全息相位再现误差分析及抑制技术

为实现基于数字全息的三维轮廓测量,本文探讨了菲涅耳近似算法实现数字全息相位再现的误差及抑制技术。首先理论分析了基于菲涅耳近似算法实现全息相位再现所包含的误差项,然后计算机模拟了数字离轴全息图的记录和相位再现结果,在此基础,模拟分析了离焦误差、数字再现光波误差及样本深度对相位再现的影响。针对记录参考光波和光学器件所引入的相位误差及其不定性,本文提出利用相位相减全息图处理方法加以消除,并给出了实验结果加以验证。模拟分析结果表明,菲涅耳近似算法误差、离焦误差、数字再现光波倾斜误差、解包裹错误对相位再现结果都有不同程度的影响。若获得高精度的再现结果,对记录过程、再现参数选择和处理方法都要进行严格控制或适当的选取。     

基于菲涅耳近似实现数字全息相位再现的误差分析及抑制

探讨了菲涅耳近似算法实现数字全息相位再现的误差及抑制技术.理论分析了基于菲涅耳近似算法实现全息相位再现所包含的误差项,计算机模拟了数字离轴全息图的记录和相位再现结果.在此基础上,模拟分析了离焦误差、数字再现光波误差及样本深度对相位再现的影响.针对记录参考光波和光学器件所引入的相位误差及其不定性,提出了利用相位相减全息图处理方法加以消除,并给出了实验结果加以验证.模拟分析结果表明,菲涅耳近似算法误差、离焦误差、数字再现光波倾斜误差、解包裹错误对相位再现结果都有不同程度的影响,相位相减全息图处理方法可以减小再现相位误差至0.4%.对记录过程、再现参数选择和处理方法都进行严格控制或适当选取,可得到高精度的再现结果.     

Performance Evaluation of Phase Unwrapping Algorithms for Noisy Phase Measurements

Phase unwrapping still plays an important role in the optical metrology field. The phase unwrapping process has direct influence on the accuracy of final results. The aim of this article is to evaluate the performance of several well-known phase unwrapping algorithms for noisy phase measurement. The results of the examined algorithms on simulated and real phase data are presented, and the conclusions regarding the performances of each studied algorithm are given.     

应用复Morlet小波变换分析条纹图相位

针对在使用干涉、Moiré偏折等方法进行流场高速动态测量时条纹图中大量无效数据对计算结果的影响,提出了一种基于连续小波变换的条纹图相位分析方法.利用小波变换的瞬时条纹频率分析能力,选用复Morlet小波及合适的小波参数,使得条纹图的小波变换模极大值与其调制度系数成正比,将其作为加权最小二乘法相位展开算法的权值,保证了相位有效展开.使用曲线拟合进行小波变换脊定位,缩短了定位时间并消除了噪声干扰.仿真实验显示,使用该方法得到的分析结果与实际相位值的相对误差小于0.01％;内波流场测量实验显示,使用该方法进行条纹图分析,密度梯度测量精度达到了5×10-6g/cm4.结果表明,用该方法进行条纹图相位分析可以有效消除无效数据对结果的不利影响,相位展开有效可靠,分析结果精度高.     

基于SVD的直线电机动子位置的高精度测量方法

针对直线电机动子位置测量的高精度和实时性要求,提出了一种基于奇异值分解(SVD)相位相关算法的高精度图像测量方法。通过直线电机动子上的高速相机采集相邻栅栏图像,采用单行抽样栅栏条纹数据,再利用相位相关技术得到相邻栅栏图像的相位相关矩阵,进而利用SVD得到水平位移相位矢量。通过相位解缠算法和最小二乘法线性拟合得到二幅栅栏图像的亚像素位移量,将相邻栅栏条纹的像素位移值和动子实际位移进行标定,结果用于直线电机动子位置测量系统标定。并且进行傅里叶变换前采用Hanning窗抑制频谱泄露,提高匹配精度。实验结果表明,该直线电机动子位置的亚像素测量方法可以满足实时性和高精度测量要求。     

An intelligent instrument for tracking and adaptive filtering of oscillatory signals using Hebbian learning rules

In this paper Hebbian type of learning algorithms using total least squares method is applied for adaptive filtering techniques to remove the noise and undesired oscillatory signals at different systems. Here we have used the generalised Hebbian learning rules for initializing the internal representations of a feedforward neural network, which accelerates the convergence of supervised Hebbian learning rule. In case of constrained anti-Hebbian learning rule, the weight vectors of linear neuron unit is converged to an eigenvector which has the smallest eigenvalue. In the total least squares (TLS) method the noise rejection capability is superior to the least squares method. Here we have applied the initial sets of data for the internal representation of feedforward network which consists of bottom-up unsupervised learning process followed by top-down supervised learning process using total least squares (TLS) algorithm. For faster convergence we have included the momentum term for the updating of weights. An intelligent instrumentation scheme has been developed for on-line measurement of amplitude of oscillatory signals. The undesired oscillations of the signal is also removed by implementing neural network model (using Hebbian rules and total least square algorithm) on a digital signal processor.     

光学干涉图像区域分割技术研究进展

干涉图像区域分割属于重要的干涉图像预处理步骤,目的是从干涉图像中提取出有效数据区域。干涉图像区域分割广泛存在于各种数字波面干涉仪的实验测试和数据处理中,对于精确波前复原以及相位解包裹可靠实施具有重要影响。介绍了3类常见干涉图像的区域分割技术,包括单帧干涉图、同步移相干涉图和横向剪切干涉图,并系统总结了相关研究进展、展望了该领域研究趋势。     

齿面干涉图像的相位解包裹算法对比研究

齿面干涉图像具有局部散斑、边缘杂散条纹、疏密不均和条纹粘连等噪声特征。为了寻找适用于处理齿面干涉图像噪声特征的解包裹算法,选取枝切法、相位导数偏差法的质量图引导法、最小二乘法、傅里叶变换轮廓术以及傅里叶变换的质量图引导法等 5 种算法,分析其对齿面干涉图像噪声处理的解包裹特点,通过对比分析解包裹相位图以及结果图中相位数据曲线,得出相位导数偏差的质量图引导法相比于其他算法解包裹精度高,能较好地抑制因噪声严重导致的解包裹相位突变、连续波动等问题。     

小波变换轮廓术中快速相位展开方法研究

针对小波变换轮廓术中相位展开的精确性和快速性问题,提出了一种新的适用于小波变换轮廓术的相位展开方法.在使用小波变换得到条纹图像的相对相位分布的基础上,详细分析了利用小波变换脊处的尺度因子建立质量图指导相位展开的理论依据和实现方法,这种质量图建立方法有效反映了条纹图像各点的可靠性.在相位展开方面,针对全局洪水相位展开算法计算时间较长的问题,提出了根据质量图将相对相位分布图分层,然后逐层采用不同算法展开的方法.与全场洪水相位展开算法相比,该方法在保持较高测量精度的同时极大减少了相位展开所需的运算时间.计算机仿真和实物测量实验说明使用该方法可以得到准确的绝对相位值,处理速度较快.     

A comparison of different algorithms for circularity evaluation

The measurement and evaluation of circularity of cylindrical components is very important for the majority of cylindrical workpieces used in precision engineering. Further, since the measurement and evaluation of cylindricity is more complex and time consuming, only circularity is evaluated for most applications.The evaluation of circularity from a circularity graph and/or from digital data requires a suitable algorithm. The most commonly used criterion for this has been the least squares criterion, though it is known that this does not necessarily give the best solution. Hence, an attempt has been made in this paper to propose different algorithms and compare them. The algorithms considered are based on the methods of least squares, intuition, general second-degree equation for a circle, best-fit ellipse and simplex search. A comparison of these methods is presented.