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.     

光栅纹影法二维层化流体密度场测量技术研究

提出了一种简单的流体密度梯度分布测量系统,该系统在传统纹影系统中引入计量光栅,将光线因流体密度变化引起的偏折转变为投影条纹图的变形,通过分析变形条纹图来提取流体密度梯度分布信息.在分析条纹图时,使用小波变换相位分析法,利用小波变换的局部化特性,有效消除无效数据的影响.实验结果表明:系统的密度梯度测量范围能够达到0.01 g/cm4,测量精度能够达到5×10-6 g/cm4.系统装置简单,调节方便,适用于密度变化大的流体密度梯度测量.     

光栅纹影偏折法测量二维层化流体密度梯度

提出了一种简单的流体密度梯度分布测量系统,该系统在传统纹影系统中引入计量光栅,将光线因流体密度变化引起的偏折转变为投影条纹图的变形,通过分析变形条纹图来提取流体密度梯度分布信息.在分析条纹图时,使用小波变换相位分析法,利用小波变换的局部化特性,有效消除无效数据的影响.实验结果表明:系统的密度梯度测量范围能够达到0.01 g/cm4,测量精度能够达到5×10-6 g/cm4.系统装置简单,调节方便,适用于密度变化大的流体密度梯度测量.     

条纹投影三维形貌测量的变分模态分解相位提取

针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取,提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位;对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比,结果显示:本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4,小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明:本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势,能够提取出更准确的相位信息,可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。     

基于调制度分割的物体轮廓有效测量区域自动识别方法

提出了采用调制度阈值分割技术进行物体轮廓有效测量区域自动识别的一种新方法,克服了投射条纹三维测量技术中由于阴影、条纹断裂、局部镜面反射、暗背景、采样不足以及外来的噪声等因素,使得被测物体表面存在无效测量区域(相位数据不可靠区域)的问题.采用了时域相位去包裹技术,保证了无效区域的相位数据不会影响到有效测量区域的相位数据.与有效测量区域相比,无效区域的调制度明显较低,对调制度直方图进行分析,借鉴图像分割的思想,采用了迭代算法自动求解最佳阈值,辨识物体轮廓测量的有效测量区域和无效测量区域,实现了单视角测量的自动化过程.车灯反射体测量实验证明了这种方法的优越性和可靠性.     

基于dbN小波变换和自适应高斯滤波的齿面干涉图像相位滤波方法

齿轮齿面形貌的激光干涉测量中，由于齿面高度差较大，采集到的干涉图像中难以避免存在条纹密集区域，容易出现局部条纹粘连、错切等现象，增加了相位噪声和解包裹难度。分析了包裹相位图中条纹密度分布规律，提出了一种基于dbN小波变换和自适应高斯滤波的齿面干涉图像相位去噪方法。首先，利用小波变换分解出包裹相位图中常表现为高频信号的噪声，采用软阈值去噪滤除部分高频噪声；其次，根据包裹相位图频域特征，结合自适应高斯滤波进一步对高频噪声进行迭代滤波处理；最后，设计了相关实验，通过与经典的滤波方法进行对比，所提方法不仅能够有效滤除条纹较为密集的包裹相位图中的相位噪声，而且更大限度地保留了图像细节信息，证明了所提方法的有效性和正确性。     

基于改进价值函数和三维相位展开的动态三维测量方法研究

针对物体连续变化过程的三维测量,提出了一种有效的动态三维测量方法。该方法采用基于改进价值函数的二维小波变换解包裹相位、三维相位展开方法得到实际相位。其突出优势在于3个方面,首先仅需一幅光栅条纹图案即可重建物体三维面形,可实现高速动态三维测量;其次相较于基于直接最大模和基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法,基于改进价值函数的小波脊提取算法具有更好的抑噪能力;最后,提出了一种三维相位展开方法,在二维相位展开路径上引入了时间轴方向,从而实现了大梯度物体的相位展开,同时说明了三维相位展开的适用条件。仿真对比了直接最大模的二维小波变换法、基于价值函数的二维小波变换法和基于改进价值函数的二维小波变换法的解包裹相位效果,同时对多种二维相位展开方法、所提三维展开方法进行仿真对比与分析,最后对连续凸起曲面进行了实验比较,证明所提方法可用于物体连续变化过程的动态三维测量。     

基于三维傅里叶变换的胸腹表面测量

鉴于人体胸腹表面三维运动测量在精确放疗等医学领域中的重要应用背景,提出一种三维傅里叶条纹分析与三频时间相位展开相结合的三维傅里叶变换胸腹表面测量方法。投射一幅不同频率三原色余弦条纹组成的图案,每采集一幅图像就能实现相应时刻胸腹表面的三维形状测量;将动态条纹图像序列作为一个三维序列整体,通过三维傅里叶变换并结合三维高斯滤波器提取折叠相位。无干扰时其均方根误差不超过0.005rad,峰谷值误差不超过0.015rad,其抗干扰能力高于二维傅里叶条纹分析和其他胸腹表面三维傅里叶条纹分析方法;通过三频时间相位展开方法进行折叠相位展开,在限定条件下绝对相位的误差不超过折叠相位的误差。理论分析和实验结果表明,本文方法能实现人体胸腹表面的三维动态测量。     

双频投影条纹相位展开方法的改进

为解决双频外差法展开条纹相位中出现跳跃性变化的问题,提出了一种改进方法。首先,根据外差原理计算出条纹级数的小数部分,再由该条纹级数对应频率的光栅条纹的相位主值计算出当前小数部分的实际值。然后,根据相位主值自身误差设置判定阈值,并用该阈值对上述计算值与实际值的差值进行判断。最后,根据判断结果对中间参量的周期次数进行加或减的调整,以校正绝对相位。通过在仿真双频条纹图案的相移图中加入不同均值和方差的高斯噪声,对比校正前后的相位图,分析了改进方法对相位跳跃性误差的校正率,并通过样件实测实验来验证该方法的实用效果。实验结果表明,该改进方法对绝对相位跳跃性误差的校正率可达90%以上,具有较强的抗噪性和实用性。     

基于光栅相位法三维重构技术研究

投影光栅相位法（PMP）是一种基于光栅投影和相位测量的光学三维轮廓测量技术,可实现物体表面三维轮廓的自动测量。提出了结合投影仪移轴技术的平行光轴系统,利用计算机编程生成具有高对比度和高亮度、有相差的正弦光栅,用数字投影仪LCD将这些条纹依次投射到被测物体表面,由CCD摄像机获取受物体表面面形调制的变形光栅像,根据数字相移算法计算出相位分布再通过相位展开恢复出连续相位分布,由相位．高度关系最终求出物体轮廓的三维数据信息。针对该原理进行了阐述,并给出了详尽的算法及实验结果。通过MATLAB实验仿真,对条纹图像进行处理和轮廓重构。模拟实验证明,这种测量方法快速高效、分辨率高,且易于实现。     

基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法

条纹图存在噪声干扰时,将二维小波变换系数模的最大值作为小波脊,会产生较大误差。针对这一问题,提出了基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法。首先,提取二维小波变换系数模的最大值点,并将最大值90%的局部极值点提取出来,共同作为小波脊候选点;其次,在模上引入尺度因子的梯度,建立价值函数进而评估所有候选点的价值,利用对数Logistic模型进行权值调整改进,从而得到更加合理的价值估计;最后,使用动态规划思想准确找出最优的小波脊线,提取脊线处的相位即可得到包裹相位。其优势在于能准确解调信噪比较低的条纹图案,抗噪性能优于直接最大模的小波脊提取;并且只需投影一幅条纹图案即可重建物体形貌,可用于恶劣环境下的动态三维测量。计算机仿真和实验结果表明,对于含有噪声污染的条纹图,所提算法相较于最大模的小波脊提取算法,三维形貌恢复精度明显提高;而相较于全部局部极值点提取,其运算时间缩短了46.9%。同时,应用不同母小波于所提方法,仿真结果表明二维Cauchy小波具有更好的方向性和更高的精度。     

基于偏转法的物体三维形貌测量

基于数字散斑干涉测量技术,组建一套基于偏转法的物体三维形貌测量系统。首先,通过精密旋转平台使被测物体偏转微小角度,在其表面引入包含该物体形貌信息的弯曲干涉条纹。然后由散斑干涉条纹图提取其相位分布,对滤波后的包裹相位图进行相位解包裹运算,得到相位的真实分布图。最后根据相位分布与物面高度的关系求解出被测物体的高度信息。实验结果表明采用偏转法的散斑干涉技术可以实现物体三维形貌测量,具有测量精度较高、易于实现等优点。     

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。     

微悬臂振动干涉测量非正交信号的处理算法

设计了干涉条纹形状对悬臂角度变化不敏感的干涉光路系统,针对实际干涉条纹光电转换信号的特点,提出了对难以保证正交化的两路信号进行实时椭圆拟合的方法。应用椭圆拟合及换算参数的结果,推导了干涉条纹相位变化的理论公式。最后,根据相位量与振动位移量的关系,以及振动位移连续性的特点,通过直接解包裹的衔接算法,得到了最终振动位移量。实验表明,该方法在保证足够采样频率的条件下,无需额外硬件计数电路,就能完成微悬臂振动位移的干涉量级精度的测量。