主元分析相位提取算法的符号确定及误差分析

基于主元分析的随机相移算法在动态干涉测量中有重要的应用。目前现有文献尚不能解决该算法存在的相位符号不确定性以及无法评估提取相位结果的可靠性。为了解决该问题,利用主元分析方法从随机相移干涉条纹中同时取相位分布和相移值,然后分析相位符号、精度与相移值之间的关系,最后利用所求相移值确定相位符号并表征相位的可靠性。数值分析和实验结果验证该方法的有效性。数值模拟结果表明相位符号由相移值曲线斜率的符号决定,相位提取结果的可靠性取决于相移值的随机统计特性。     

复合光栅投影的相位测量轮廓术

本文提出一种利用复合光栅进行相位测量轮廓术的方法,将三个有一定相移的条纹合成一个彩色光栅,用此光栅进行投影完成相位测量轮廓术.该方法具有单帧测量、无相移误差的优点.文中给出了理论分析和计算机模拟.     

利用光纤空间M-Z干涉仪测量压电陶瓷相移系数

提出了一种利用光纤空间M-Z干涉仪测量压电陶瓷(PZT)相位调制器相移系数的新方法.光纤空间M-Z干涉仪的空间干涉场图与PZT的相移呈单值函数,可有效克服出射光强与相移呈多值函数的问题.设计了测试系统并应用该系统实际测量了一种PZT的相移系数,对结果进行了数字拟合,线性性好.与已有的理论计算和根据光强测量的方法比较,这种方法具有更高的准确性和重复性.PZT相位调制器是光纤干涉系统中的重要组成部分,这种测定相移系数的新方法,可广泛用于各种光纤干涉系统中.     

电子散斑干涉中相移技术研究

本文介绍了电子散斑干涉（ESPT）原理、相移技术方法。针对散斑条纹图中高频项对于相位计算的干扰,对相移算法提出了2种修正的方法。对简支梁进行了位移场的测量,并与有限元（FEM）计算结果进行对比,证明了改进的相移技术在ESPI中是可靠的。     

随机步长光栅投影干涉图极值特征相位解算

针对传统移相干涉测量中需要多帧干涉图,对测量设备稳定性要求高,相位提取速度较慢的问题,提出了一种基于干涉图特殊极值特征的两帧随机相移干涉图相位解算方法。该方法仅需两帧干涉图,利用高斯高通滤波器对具有随机相移量的两帧干涉图分别进行处理以滤除其背景,再通过干涉图中一定数量的特殊极值特征像素点来确定两帧干涉图之间的相移量,进而根据反正切相移相位提取算法对干涉图的相位进行解算。仿真模拟和实测对比结果表明,该方法可通过两帧随机相移干涉图获取较高精度的测量相位,大大减少了测量系统误差对相位解算结果的影响,对于256×256 pixels的石膏像眼部干涉图,执行时间在0.02 s以内,相位提取速度较快。     

条纹投影动态3维测量中相位高精度估计

为了提高条纹投影动态3-D形貌测量精度, 采用加窗傅里叶分析辅助相移的方法来减小运动导致的相移误差。首先采用加窗傅里叶分析法估计变形条纹间的实际相移量, 然后采用最小二乘法估计出变形条纹的高精度相位分布, 最后由估计的相位计算得到场景3维形貌。理论分析了物体运动对相移量的影响, 通过仿真研究了所提方法的相移量估计精度, 并搭建了实验系统进行验证。结果表明, 实验中采用所提方法的相位恢复精度达到0.1673rad, 比现有方法有明显提高。该方法用来提高条纹投影动态3-D形貌测量中相位精度是有效的。     

光纤干涉仪动态相移测量的新方法及应用

提出了一种光纤干涉仪动态相移测量的新方法.该方法无需对光源进行调制,直接利用干涉信号的直流量和一次谐波分量,通过构造匹配函数的方法求解动态相移,实现了无源零差检测,而且具有信号解调简单、工作频带宽等特点.为了验证该方法的有效性,搭建了一个全保偏Mach-Zehnder光纤干涉仪系统,对压电陶瓷(PZT)产生的模拟动态相移进行求解.结果表明,求解得到的动态相移幅度与加载在PZT上的电压具有很好的线性关系,这与PZT的低频小信号特性一致.最后将该方法用于干涉型光纤水听器声压相位灵敏度频响的测量,实验结果与采用相位载波调制解调方法获得的结果基本吻合.     

三步非定步长相移轮廓术研究

移相式相位轮廓术的关键在于相移量的检测、提取。只有正确地提取出相移量才能提高测量的精度，降低测量系统的复杂性。在对非定步长相移轮廓术研究的基础上，提出了一种新的投影栅相位测量方法——三步非定步长相移法，只需相移光栅两步并获取66幅条纹图，即可完成非定步长解调相位的工作。该方法无须精确的相移器，计算过程相对简单并且速度快。并且给出了与Kong-Kim算法实验及计算结果的比较，证明该方法具有较高的精度。     

基于最小二乘迭代的多波长同时相移干涉测量方法

提出一种基于最小二乘迭代的多波长同时相移干涉测量方法。该方法可以在三个波长光波同时入射的同轴相移干涉测量系统中,对所有波长进行同时相移,通过单色CCD采集一系列相移量未知的多波长同时相移干涉条纹图,利用最小二乘迭代算法提取出单个波长下的包裹相位分布。结合多波长光学位相解包和降噪处理得到合成波长的相位分布,进而测量出待测物体的三维形貌。对该方法进行了数值模拟和光学实验验证,结果表明该方法实验过程简便、测量精度高、抗噪能力强。     

相位测量轮廓术中探测器非线性误差的分析

在相位测量轮廓术（PMP）中，探测器的非线性响应是导致测量误差的重要因素，本文对该误差进行了理论分析和计算机模拟，比较了各种相移算法对这一误差的抑制能力，数值模拟与理论分析的结果一致。本文可为实际应用中合理地选择算法提供理论依据。     

All-solid-state microscopic interferometer with frequency-variation and phase-shifting capability

A novel microscopic interferometry with ability of frequency-variation and phase-shifting is proposed for microstructures testing. By using acousto-optic technique, sequential carriers can be generated with different spatial frequencies so that the temporal phase unwrapping method can be applied for decoding the height information. Combined with phase-shifting technique realized by spatial light modulator, this method is especially suitable for interferometric measurement with high precision and large dynamic range.     

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。     

实时全息干涉计量中时间序列条纹位相的测量方法

针对实时全息干涉计量的特点 ,结合相移位相测量技术 ,提出一种利用物体本身变化产生的位相变化来实现实时全息干涉计量中时间序列条纹位相的测量方法 ,通过分析得到不同时刻位相变化及整个变化过程中位相累计变化的计算公式     

Measurement of absolute three-dimensional displacement gradients using tri-color quad-beam digital shearography

A tri-color quad-beam digital shearography is proposed to achieve the measurement of absolute three-dimensional (3D) displacement gradients. Four laser beams with three different center wavelengths are symmetrically irradiated to the object surface from the upper and lower left and right directions. Four phase maps are then extracted from the two interferograms obtained from two shots. Based on these four phase maps, the absolute 3D displacement gradients are determined. This means of absolute 3D displacement gradient measurement effectively improves the measurement capability of digital shearography and expands its application range.     

基于多点平均频率校正的多表面波长调谐移相干涉测量

为实现多表面干涉测量中强度叠加干涉信号的分离和相位解调,提出了一种基于频率校正的多表面波长移相干涉测量算法,可实现透明被测件各表面面形的同时重建。波长移相干涉技术可以根据各干涉谐波光程差(optical path difference, OPD)的不同使各表面干涉谐波具有不同的移相值,该差异为各信号分离和相位解调提供了基础。在现有的多表面测量技术中,往往通过被测件的腔长和光学厚度等信息对谐波频率进行粗估,但估计精度较低,且无法应对移相误差。因此,本文通过多点平均和频率校正实现了各干涉谐波频率的精确提取,能够有效消除异常值和加性高斯噪声(additive Gaussian noise, AGN)对频率求解精度的影响,并且仅通过干涉图之间的加权操作便可同时对各谐波相位进行解调,对比分析和实验结果验证了所提出的算法的可靠性。     

时间位相展开方法研究进展

时间位相展开是位相测量领域内的一种很重要的位相展开方法,被广泛应用于干涉型和结构照明型计量领域中,包括散斑干涉与剪切干涉计量、波长扫描干涉术、先弹测量、位相测量轮廓术、傅立叶变换轮廓术等领域。本文详细分析了近十年所提出的时间位相展开算法的基本原理,讨论和比较了各种算法的设计方法、计算公式和适用范围,对时间位相展开方法的最新进展和应用前景进行了较全面的分析和评述。     

白光显微干涉三维形貌测量中的移相误差校正方法

白光显微干涉术通过驱动干涉显微物镜垂直扫描移相,采集低相干干涉图序列,定位干涉包络中的零光程差位置,获取待测表面的三维形貌。微观形貌的计算由获取粗略形貌的垂直扫描（VSI）算法和获取精细形貌的移相（PSI）算法两部分组成。通常情况下,设置垂直扫描移相的步长为八分之一中心波长,但移相器误差和干涉显微物镜数值孔径效应等都会使得移相量偏离π/2。文中采用基于对比度变化重心提取的VSI算法,4M幅法和7幅法两种PSI算法,分别讨论了两种类型移相误差对形貌计算的影响。理论和数值分析结果表明,在宽带光作用下,7幅法仍对移相误差不敏感,4M幅法产生的精细相位误差形式恰好与干涉物镜数值孔径效应对条纹展宽的影响相一致,在从精细相位转换为精细形貌时相互抵消。因而,采用基于对比度变化重心提取的VSI算法和4M幅PSI算法计算形貌数据,干涉物镜数值孔径效应造成的移相误差无影响,移相器误差造成的形貌复原误差可以通过预先测量已知高度的标准台阶进行标定去除。应用上述移相误差校正方法测量了高度为460 nm的台阶,形貌测试结果正确且鲁棒。     

数字剪切散斑用于物体的三维面形测量

本文介绍数字剪切散斑用于三维面形测量的基本原理，并将其用于实际物体的测量，结果表明，该测量方法简单方便，便于工程现场测量。     

部分补偿数字莫尔移相干涉的回程误差消除

为了实现非球面面形误差的高精度测量,研究了基于部分补偿原理的数字莫尔移相干涉技术中回程误差的消除方法。通过建立实际干涉仪和建模理想干涉仪,并运用数字莫尔移相干涉技术,获得实际干涉仪像面与被测非球面面形误差相关的波前;分析了该测量系统的误差,提出采用逆向优化法消除大面形误差时的回程误差实现被测非球面的面形误差检测。实验结果表明:与轮廓仪结果比对,面形误差较小时二分之一法重构面形误差,峰谷值和均方根值分别优于/20,面形误差较大时运用逆向优化法消除回程误差,重构的非球面面形误差峰谷值和均方根值偏差均优于/5。基于逆向优化法的部分补偿数字莫尔移相干涉非球面检测,有效消除了大面形误差时的回程误差,可实现高精度的面形误差重构检测。