复合双频光栅轮廓术研究

对于存在突变的不连续物体的测量,使用低频光栅时物体面形能够恢复,但测量精度不高;使用高频光栅时不连续部分的轮廓细节能够清晰的恢复,但存在相位包裹现象而出现截断相位.据此,提出将2种光栅的优点融和在一起的方法:首先设计适合的低频光栅在物体的突变部分产生一根条纹,使低频光栅产生的相位不需进行相位展开;然后由2种光栅的频率比值及高频的截断相位来确定高频光栅所产生的条纹的整数级数n2(x,y);最后求出高频的展开相位,从而高精度地恢复不连续物体的高度信息.计算机仿真结果表明了理论分析的正确性.     

干涉条纹相位变化对平面全息光栅曝光的影响

为更好地评价平面全息光栅曝光系统的性能,了解干涉条纹相位变化对光栅制作的影响,基于曝光量表达式,结合光栅掩模槽形二元模型,采用理论分析和数值计算的方法,分析了条纹相位变化对曝光对比度、光栅掩模槽形和曝光量相位的影响。各种形式的干涉条纹低频漂移均会降低曝光对比度,导致掩模槽形的可控性下降,其影响具有一致性;为保证曝光对比度达到0.95,低频漂移均方根值应控制在0.05个条纹周期以内;小幅值高频振动对光栅曝光的影响可以忽略;低频漂移造成的曝光量相位误差不影响光栅的衍射特性。结果表明,为获取合格的光栅掩模,应控制光刻胶非线性和曝光量的匹配关系,并将干涉条纹低频漂移均方根值控制在1/20条纹周期以内。可将其作为评价全息光栅曝光系统稳定性的重要指标。     

分段非均匀条纹生成方法及其在双频解相位中的应用

提出了一种描述图像像素和相位关系的分段函数,可以生成分段非均匀条纹,解决光栅测量系统倾斜投影时参考平面上条纹周期不均匀的问题。在利用双频解相位方法进行相位展开时,提出了一种条纹移动法,即将一种频率的条纹向右或向左移动 的整数倍,消除了投影双频分段非均匀条纹时得到相位展开结果的不连续性。对比其他非均匀条纹生成方法,分段非均匀条纹生成方法简单易行;双频分段非均匀条纹经过条纹移动后能够适用于双频解相位。对拱桥投影均匀条纹和分段非均匀条纹进行对比实验证明,投影分段非均匀条纹时测量精度得到了明显提高。     

深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量

数字光栅投影三维测量技术,通过离焦投影二值光栅条纹,生成三维测量所需正弦光栅条纹,能够实现超高投影速度,在快速三维测量领域具有极大潜力。但是,二值光栅条纹不可避免地包含高次谐波,导致计算所得相位包含相位误差,进而降低了快速三维测量精度。提出了一种基于深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量方法,通过构建含噪声相位到精确相位的端到端深度卷积神经网络,降低高次谐波引入的相位误差,进而实现快速精确三维测量。首先,以理论分析证明所提方法的可行性,并以仿真和实验进一步验证了所提方法的有效性和精确性。与现有快速三维测量方法相比,所提方法在保证测量速度的同时保证测量精度。     

归一化等相面的在线三维测量像素匹配方法

像素匹配是在线三维测量中的关键技术之一,提出了基于归一化等相面的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上,由CCD再依次移动相同步距时刻同步采集受物体调制的变形条纹图。利用FTP方法预测物体不同位置的相位信息并进行归一化,再以二值化等相面协助像素匹配,不仅实现了物体在各帧条纹图中的像素坐标一一对应,而且归一化减少了由于物体运动产生的不同位置相位展开起始点不一致导致的不同位置相位展开的差异性而引入的误差,同时节省了像素匹配计算量。对最大高度为8 mm的peaks函数型物体的模拟结果表明:均方差为0.021 mm,像素匹配时间上,该方法较直接用FTP方法预测得到的相位为模板进行像素匹配缩短了近2倍,同是实物测量也验证了该方法的有效性和可行性。所提方法不仅可以保证在线三维测量的精度,而且有效地提高了测量速度。     

相移量校准提高正交复合光三维测量的精度

由于滤波过程的影响,从复合半纹像中解调出的各帧变形条纹间的相移量发生了改变,采用传统正交复合i维测量方法中的相位算法进行解相会导致较大的相位误差,提出一种对条纹间相移量进行校准以提高正交复合光三维测量精确度的标定方法.首先从参考平面的复合光栅像中解调获得各帧相移正弦条纹,通过频域滤波的方法获取条纹的基频分量,计算出各帧...     

基于学习的光栅图像噪声抑制方法

基于条纹投影的三维形貌测量广泛应用于工业制造、质量检测、生物医疗、航空航天等领域。然而在高速测量的场景下,由于光栅图像的采集过程曝光时间短,三维重建结果通常会受到较为严重的图像噪声干扰。近年来,深度学习技术在计算机视觉等领域得到了广泛应用,并且取得了巨大的成功。受此启发,提出了一种基于学习的光栅图像噪声抑制方法。首先构建了一个基于U-net的卷积神经网络。其次在训练过程中,构建的神经网络学习从含有噪声的条纹图像到对应高质量包裹相位之间的映射关系。当经过适当训练,该网络可从含有噪声的条纹图像中准确恢复相位信息。实验结果表明:针对离线的快速运动场景三维测量,该方法仅利用一幅光栅图像可恢复高精度的相位信息,且相位精度优于传统的三步相移方法。该方法可为提升运动高速场景三维测量的精度提供切实可靠的解决方案。     

无相位去包裹的微分法三维形貌测量

提出了一种无需相位去包裹的微分算法,应用于 投影栅三维形貌测量。首先由计算机设计并生成 4幅四步相移正弦条纹图,利用DLP投影仪将其投影到待测物体上;然后由CCD相机采集受待 测物体面型调 制的变形光栅条纹图。再利用4幅四步相移变形条纹图,经数值运算求得沿水平和垂直方 向上待测物体 相位的偏导数,而相位偏导数的积分过程相当于求解泊松方程,于是利用离散余弦变换(DCT )求解泊松方程就可得 到待测物体三维形貌对应的相位数据,从而重构待测物体的三维形貌。测量结果表明,相位 解调的 标准差小于0.031rad,验证了本文方法的有 效性。     

极线和级次双约束的光栅投影测量方法

利用结构光辅助立体视觉技术在三维测量领域可以很好地解决被测物特征稀疏的问题,从而实现对物体几何尺寸的高精度测量。提出了利用极线和条纹级次双约束的方式,通过双目相机中的极线约束原理和多频外差法得到的光栅条纹级次进行混合约束,降低了立体匹配的待匹配区域。立体匹配过程中设计了一种带权值的窗口模板,利用相位信息配合模板匹配的方式确定初始匹配点,并通过初始匹配点与附近点的相位差值利用二次曲线拟合方法实现亚像素级匹配。实验表明:该方法在较小视场测量中应用良好,对直径10 mm大小的球体可以实现快速、准确的测量。     

基于格雷编码投影的三维测量技术研究

采用编码条纹投影解相位技术,通过向物体投影6幅经过格雷编码的二值条纹图与4幅周期为2N-1的正弦条纹图,来实现相位的求解。这种方法实现了边缘陡峭物体的测量,同时提高了相位解包的准确性。与传统方法相比,这种方法能够测量物体的阶跃特性,且投射高频条纹能够提高测量精度。     

用光栅作为分束器的激光光栅干涉仪

本光栅干涉仪用光栅作为分束器,使双光束发生干涉。特点是既可用来观察位相物体,也可把干涉条纹调制在位相连续变化的物体上进行测量。     

基于互补型格雷编码的离焦二元光栅相位展开方法

离焦投影使编码光图像黑白灰级跳变产生模糊而 造成二值化错误,导致相位级次解码 出错,影响相位展开。本文提出利用互补型格雷编码光计算相位级次,完成离焦二元光栅相 位展开。生成两种编码光序列,出现误码的位置相互交错,具有互补性。结合 两种互补性编码光图像进行相位展开,可有效避免编码光图像二值化错误所引起的误码影响 。对陡 变物体测量的结果表明,相位相对误差(RE)为1． 03％,误差峰谷值(PV)为0.24rad,均方差(RMS )为0.14rad。本文方法提高了离焦二元光栅测量精度 ,扩大了测量范围,尤其适用于陡变或不连续物体的三维面形测量。     

无人机动态目标的快速捕获跟踪演示实验

为避免多级灰度值编码所带来的非线性问题,并 进一步提高测量速度和适应性,提出了一种二 元阶梯相位编码方法。首先,利用传统N步相移法,投影若干幅 正弦光栅条纹到待测物体表面,接着投影 若干幅相移条纹对应的采用二值化编码的条纹;在通过四步相移法求得光栅条纹的包裹相位 后,利用二值 编码条纹解调后得到的阶梯相位,确定光栅条纹的周期级次;最终根据周期级次对包裹相位 进行解包裹得 到绝对相位,完成相位去包裹。利用二值化条纹进行阶梯相位编码的方法,克服了传统阶梯 相位编码方法 使用多级灰度值引起的非线性问题。实验结果表明,以单通道投影图像数目为标准,在同等 条件下,与已有的同类方法相比,本文方法的测量速度提高了12.5% ,且适应性强,能够有效地进行物体的三维形貌测量。     

利用位相光栅的实时偏振相移方法的误差分析

利用位相光栅的实时偏振相移方法可实现对动态过程们相的测量,具有很好的应用前景。本文对其作了全面的误差分析,被分析误差源包括１／４波片们相延迟误差、１／４波片方位角误差、偏振片方位角误差、光栅和透镜对不同衍射光波造成的强度和位相误差以及位相计算中干涉图之间的位置匹配误差。     

正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法

数字投影仪的非线性响应是近年来研究的热点问题,因为数字投影仪虽然能避免物理光栅投影的各种缺陷,但其自身的非线性直接影响了输出信息,是相位误差的主要来源,进而影响了测量精度。针对数字条纹投影三维测量中存在的Gamma非线性和不同区域Gamma值并不一致的问题,提出一种通过正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法,通过正交条纹划分区域,对每个区域使用多项式拟合计算预编码值校正该区域条纹图像。使用该方法校正后相位误差减少了82.24%,适用于任意投影仪与相机之间的位置关系,只需要精细化计算一套分区域预编码系数并由此生成编码条纹图,即可满足该系统此后的测量需求,该方法灵活性强、精确度高。     

CO-OFDM系统中一种新颖相位噪声抑制算法

针对相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统中相位噪声造成的严重影响,提出了一种采用线性插值和卡尔曼滤波相结合的相位噪声抑制算法.该算法在第一阶中对接收端的时域信号进行线性组合,之后利用线性插值算法对相位噪声进行初步抑制,在第二阶中采用卡尔曼滤波技术来抑制残余的相位噪声.分析和仿真表明:提出的二阶算法能够有效地抑制相位噪声对OFDM符号的影响,在相位噪声线宽较大时明显地降低错误平层,利用所提出的二阶算法可使误码率达到10-7以下,有效地提高了系统的性能.     

啁啾光纤光栅移相器在相控阵天线中的应用

本文首先介绍了相控阵天线中的移相器和延时线，然后从啁啾光纤光栅的相位匹配条件出发推导出这种光栅的时延特性近似表达式，并提出将啁啾光纤光栅作为延时线应用于相控阵开线，然后给出了不同光波波长条件下的相移特性。