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.     

基于全相位FFT的故障信号检测方法

针对机械系统中的机械故障信号检测,首次提出了一种通用的全相位FFT检测方法.全相位FFT就是自身的频谱分析功能来实现对信号相位、频率和振幅的判决,所得到的相位没有误差,振幅误差也远小于基于FFT的检测技术.通过理论分析和MATLAB仿真,全相位FFT检测得到的信号相位误差为0,频谱校正后的振幅和频率误差也非常低,表明了该方法在故障信号检测中的可行性和正确性.     

相位摩擦焊的研究现状及展望

相位摩擦焊属于旋转式摩擦焊,用于焊接一对相互旋转相位有要求的工件,在汽车工业、石油勘探和煤炭勘探等领域需求较大。综述了相位摩擦焊机的原理、特点及现状,并对相位摩擦焊的发展趋势进行了展望。     

机械增压柴油机配气相位耦合优化分析

柴油机配气相位的优化研究是对于柴油机性能优化来说非常重要的一项内容,对于提升柴油机性能有着非常重要的作用和意义。本文利用GT-Power数值模拟平台,通过计算不同进、排气相位下的柴油机性能参数,耦合分析进气相位和排气相位对机械增压单缸小型柴油机动力性和经济性的影响规律,得出柴油机在不同转速工况下的最佳配气相位。分析结果对配气系统的设计优化有一定指导作用和参考价值,从而有助于单缸小型柴油机动力性、经济性的进一步提高。     

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.     

结构光测量中相位误差的过补偿与欠补偿校正

针对现有结构光测量中采用的相位误差补偿算法存在的相位误差过补偿或欠补偿问题,提出了一种新的相位补偿误差校正算法。推导了环境光下四步相移的相位误差数学模型,解释了相位误差过补偿、欠补偿的产生原因;通过数学推导获得相位误差的解析表达式,提出了相位误差过补偿、欠补偿的校正算法。该方法通过向标定平面投射4步相移图像、16步相移图像与黑白图像获得相位误差系数;然后在8种不同环境光条件下重复这一步骤获得多组系数;最后运用参数拟合法获得相位误差数学模型的具体表达式。实验结果表明:无论在黑暗环境还是光环境下,利用该修正方法进行相位误差补偿后均可使相位精度达到0.002rad,比进行相位误差补偿前提高了8.6倍左右,比查找表(LUT)提高了2.5倍左右。该算法精度高,速度快,能有效解决相位误差过补偿、欠补偿的问题。     

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。     

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。     

精密测试中的振动相位零点漂移误差及其减小方法

精密转子的功能需要通过严苛的动态运行精度来实现,这给振动测试的精度提出更高的要求。现有方法通过对快速傅里叶变换的改进,已经实现对振动幅值、相位等参数的精确提取,但对于振动相位零点漂移误差及其减小方法的研究还较少。通过对精密测试中振动相位零点漂移误差来源及其变化规律的深入分析,提出一种减小精密振动测试中相位零点漂移误差的方法。该方法依据相位序列变化步长搜索键相序列信号变化的周期数、以变化周期内信号的平均值估计相位零点漂移的中间值;在此基础上,结合信号的角度分辨率对初始相位序列的极值进行估计进而确定振动信号初始相位补偿量。该方法的有效性和可行性通过仿真试验和实际测试分析结果得到验证,为提高信号相位的测试精度提供一种可靠的解决方案。     

基于多频外差原理的三维测量技术

提出了一种基于外差原理的三维测量技术,该技术由相位移法、外差原理和双目立体视觉3部分组成。相位移法和外差原理相结合能够自动完成相位展开,同时保持相移法原有的相位求解精度;然后根据相位展开后的相位图,使用双目立体视觉原理自动完成左、右对应点的立体匹配和被测物体的点云重构。利用基于多频外差原理的三维测量技术建立了一套三维测量系统,该系统由2个CCD摄像机和1个DLP投影仪组成。利用上述系统对人脸模型进行测量试验,测量结果表明该系统能够完成复杂自由曲面的测量,测量数据完整可靠。     

相位补偿滤波方法在自动平衡系统中的应用

为了解决旋转机械在线自动平衡中信号相位提取问题,提出了一种无需整周期采样的相位检测算法。该算法基于互功率谱估计,具有算法复杂度低、抗干扰性好、精确度高和适用频率范围广等优点。在此基础上又提出了一种相位补偿滤波方法,使信号滤波造成的相位偏移得到补偿;该方法运算量低、精度高(误差小于1°)、可在线实时实现。仿真和实验表明,结合上述两种方法可准确、快速提取信号相位,从而使旋转机械在线自动平衡可以高效、准确、低成本的实现。     

带有补偿器的液晶相位可变延迟器

为了能够测量带有补偿器的液晶相位可变延迟器(LCVR)在不同电压值下的相位延迟,提出了一种基于斯托克斯矢量和穆勒矩阵的测量方法.在可见光范围内6个波长下实验测量了LCVR在2 kHz方波、0～10 V电压下的相位延迟.结果表明,LCVR具有调谐电压低、控制简单、调节范围大、无需转动等优点,相位延迟的测量误差＜0.6%.根据延迟器件的特性,建立了相位延迟的拟合函数公式,采用最小二乘曲线拟合的方法得到了延迟器件工作范围内全部波长、全部电压值下的相位延迟,曲线拟合的标准差＜0.02λ.提出的测量方法、测量结果和拟合函数的建立对偏光器件的研究有一定的参考价值.     

TIE和GS迭代算法用于生物细胞的相位恢复

提出了一种利用白光进行生物细胞图像高分辨率相位恢复方法,该方法结合了光强度传输方程(TIE)和Gerchberg-Saxton迭代(GS)算法。通过在显微镜的像平面附近连续采集3张生物细胞图像,并使用红色、蓝色和绿色通道分别对生物细胞图像的相位进行恢复,然后从3个通道的相位中提取该生物细胞的相位信息。实验结果表明,用该方法所得到的前后两次循环迭代的相位相对误差精度可以达到10^-7。     

相位测量的不连续位置自适应分割

为了消除不连续位置对基于相位测量轮廓术三维重建精度的影响,提出了一种相位测量的不连续位置自适应分割方法。对该方法所采用的基于自适应方向相干性的相位不连续分割算法进行研究。首先,采用自适应方向相干图和平滑相位图确定不连续位置,即获得不连续区域与连续区域的灰度映射图。接着,将灰度映射图后处理为使用0-1表示的不连续区域与连续区域的掩码图。最后,将掩码图作为加权最小二乘相位展开方法的权重图将相对相位展开为绝对相位,所求解权重主要用以衡量包裹相位图中每个像素位置相位的质量。仿真结果表明：该自适应方向相干法对噪声方差为0.8的包裹相位图中直线和矩形不连续位置的分割平均误差分别为1.678 3和3.000 2个像素。实际相位测量轮廓实验也证明所提出方法可以有效分割包裹相位图不连续位置。所提出方法可实现对不连续位置的自适应分割以用于高精度的三维重建。     

基于虚拟视野的结构光条纹投影像素精准映射方法

针对像素尺寸差异、相位误差等导致相机与投影仪同名点像素坐标匹配错误、有效像素点缺失问题，提出一种基于虚拟视野的改进包裹相位-坐标映射方法。首先，对不同重叠视场下的条纹信息进行分析，确定较优投影模式；其次，设计两组高低频率的横纵条纹，提取低频相位极值计算虚拟投影视野、高频周期对真实和虚拟视野逐级编号，实现视野小范围匹配；最后，改进包裹相位坐标映射方法和相位差阈值判别准则，逐编号求解投影像素坐标，获得像素间的精准映射关系。实验结果表明，相位中相同像素区间的包裹相位均方根误差，相较于连续相位降低了78.6%。在平面和复杂表面实验中，有效像素数量相较于传统匹配增长了9.21倍和9.43倍，像素误匹配坐标比例由传统相位匹配的80.55%、59.4%降低至14.26%、12.56%,为自适应条纹测量技术中像素同名点匹配提供了可行的解决方案。     

一种基于图像相位信息的亚像素微位移测量算法

综合考虑了图像的振幅和相位信息,并按相位涡旋的物理和几何特征,研究了基于数字散斑图像相位奇点匹配的位移测量算法。该算法对图像的交流信号,经用希尔伯特变换方法,提取散斑图像的实部和虚部信息,并用曲面拟合方法确定相位奇点的坐标,从而确定图像序列间的位移。试验结果表明,相位奇点匹配算法具有良好的精确度和稳定性。     

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。     

基于群周期相位比对的GPS载波相位测量方法

GPS载波相位测量是当前国际时频测量与传递领域的研究热点.针对高精度时间传输及精密导航定位的需求,提出了一种基于群周期相位比对的GPS载波相位测量方法.利用L1和L2波段的稳定性特征,引入高分辨率异频相位处理思想,通过分析两载波信号之间固有的频率或相位关系,将群周期相位比对理论应用于GPS载波相位测量中,结合高精度异频相位检测方法,实现星地之间的精密测距及准确定位.实验结果证明了该方法的合理性和科学性,与传统的载波相位测量方法相比,提高了整周模糊度的解算精度,消除了数学模型的误差来源,降低了成本,简化了电路结构,提高了定位精度.该方法将为高精度时频传递与导航定位等高科技领域提供相位处理及时间同步方面的理论指导和技术支持,具有广阔的应用前景.     

液晶空间光调制器的纯相位调制特性研究

介绍了液晶空间光调制器的纯相位调制原理,采用泰曼-格林干涉系统对液晶纯相位特性进测试。测量了BNS(Boulder Nonlinear Systems)公司的专利产品-256256像素纯相位空间光调制器的相位与电压(灰度)的响应曲线。 给出了对任意图形进行相位恢复的优化算法流程,利用纯相位调制方法对光束进行方向和强度的快速程序控制。设计了实验装置,实际产生了二维任意衍射图形,图形产生时间小于200 ms。本研究对空间目标进行扫描跟踪,具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。     

基于电磁自愈力的转子快速自动平衡实验

提出了一种快速相位搜索算法,利用电磁装置在特定的平面上产生幅值和相位可控的旋转矢量力来补偿转子的不平衡旋转矢量力,实现在线快速抑制单平面转子系统工频振动故障.对转子同频振动及电磁力可控特性进行了分析,建立了以转子振动响应为指标、磁极线圈电流的幅值和相位为寻优参数的控制模型,提出相位整周搜寻自动平衡算法及快速相位搜索自动平衡算法,并搭建实验台对两种算法进行对比实验研究.结果表明,当转子工作在2 100 r/min时采用整周相位搜索算法,振动下降90％需要20 s,而采用相位快速搜索算法在4s左右即可达到同样的降振效果,提高了转子振动故障自愈调控的效率.