基于四步相移光栅投影的三维形貌测量系统

为了实现对具有明显跳变面物体的轮廓测量,建立了四步相移光栅投影的三维形貌测量系统,并对所采用的四步相移测量算法进行研究。在介绍四步相移原理的基础上以有明显跳变面的三棱锥橡皮块为例,建立针对明显跳变面的测量算法。通过对4幅相移图算术求和并除以4得到平均灰度图;将平均灰度图二值化处理定位明显跳变面或阴影部分;将二值化图像与包裹相位图卷积,而后对包裹相位图进行解包裹,从而得到正确的连续相位,最终获取物体三维形貌。根据上述算法测量三棱锥的三维形貌并计算其体积,测量实验表明:被测物的体积平均相对精度为0.47%。

基于四步相移的相位差提取方法

针对散斑干涉中的相位差提取问题,在四步相移的基础上提出了一种求解相位差的新方法.该方法通过采集物体变形前后的各4幅图像,从理论上推导出相位差的一种新的数学表达式,避免了一般四步相移法求解相位差时出现的高频噪声问题和得不到真实的相位差包裹值问题.用该方法进行周边固定中心加载的圆盘模型实验,并与一般的四步相移法作比较.结果表明,文中提出的相位差求解新方法较一般的四步相移法在消除高频噪声、提高图像质量方面具有明显的效果,既抑制了噪声又能保持条纹的特征.

用于定量分析朗契图的四步相移算法

通过传统的朗契检测法的物理光学原理和条纹分析中的相移技术相结合，推导出了定量分析朗契图的四步相移算法。

四步相移法的非线性相位误差补偿方法

在相位测量轮廓术中,测量系统的gamma非线性是相位误差的主要来源.系统gamma非线性使变形光栅条纹图像中出现高次谐波,从而引起展开相位存在周期性误差.对于四步相移法,三次谐波是引起周期性误差的主要因素.通过建立四步相移法的相位误差和主相位的关系模型,在系统gamma值未知的情况下,对非线性相位误差进行了补偿.计算机仿真表明,当系统的gamma值为2.2时,使用本方法补偿前后的相位误差波动幅值分别小于0.006 3rad和0.000 354rad;实验证明,一个平面白板展开相位的均方根(RMS)在误差补偿后从0.035rad降低到0.007rad,相位误差的最大值从0.086 7rad减小到0.030 8rad.

四步相移结合互补格雷码的快速相位展开

为提高相移条纹投影测量系统的精度与效率,提出了一种四步相移结合互补格雷码的快速相位展开方法,有效消除了相位展开误差,并能够显著提升计算效率。引入的互补格雷码与传统格雷码的条纹阶次存在半周期错位,利用这种错位与中值滤波结合可完全消除相位展开误差。首先,采用大津法对全亮图案进行二值化生成掩码图像;其次,以掩码图像非零区域为路径引导四步相移与互补格雷码解码得到包裹相位与条纹阶次;最后,利用条纹阶次对包裹相位进行相位展开。实验结果表明:提出的快速相位展开算法比原算法速率提升了36%。

基于四步相移法实现全息的信息隐藏

针对光信息安全方向,提出了快速卷积算、四步相移法和信息隐藏相结合的一种新的全息图像重建的方法。该方法首先对图像进行菲涅尔衍射积分的快速卷积算法,四步相移方法产生4个数字全息图,将其中一个全息图像(密钥)加载于经过低通滤波器处理后的宿主图像的频谱中,完成了数字水印的嵌入过程。接着对嵌入数字水印后的载体数据进行逆傅里叶变换可提取出数字水印信息,即其中一个全息图。再接着根据四步相移法得到的另外三个全息图(公钥)得到重建全息图像需要的物光复振幅,最后利用菲涅尔衍射积分的快速卷积反变换算法,得到想要的图像。这种基于快速卷积算法和四步相移算法对全息图像的重建质量有了提高,数字水印对全息图像的加密提高了对信息的传输的安全性。

基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量

提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。

双四步路径相移均值法

在光栅投影三维表面测量系统中,光学仪器的伽玛非线性和随机噪声是影响相位展开精度的两个主要因素。双三步相移法具有同时降低这两类误差的独特优势,但仍然存在非线性误差较大且相位测量精度较低两个方面的问题。针对以上问题,提出了双四步路径相移法,首先将双三步相移法中对齐平均的思想应用于四步相移法,以降低非线性误差对测量精度的影响;进而提出了相位域空间变换多频外差方法,以利用所有测量相位进行相位平均,进一步降低随机误差的影响,提高测量精度。实验结果表明,该算法能够有效地提高相位展开的精度,具有更强的适应性。

四步数字相移全息干涉术三维变形测量

针对目前相移控制器件费用高、操作复杂等不足,提出了一种数字相移方法。并将其与全息干涉术相结合,进行了相移全息干涉术的实验研究。应用MATLAB软件,结合图像处理方法,通过对全息干涉条纹精确控制使其定向移动,实现了四步相移,获得4个干涉图。应用四步相移法原理和相位去包裹方法,最终成功求得物体变形引起的三维位相差,实现物体变形的三维测试。实验表明,该方法不仅简化了全息干涉测试的光学装置,避免传统相移器件相移精度低、容易造成相移误差的缺点,且操作简单,测试精度高,其精度容易达到1/10波长。

SEM扫描云纹法相移技术在MEMS中的应用

本文提出一种扫描电镜 ( SEM)扫描云纹法的相移新技术 ,通过 SEM系统控制电镜电子束扫描线移动 ,对获取的云纹图像实现 0～ 2π范围内的四步相移 ,从而获得了更高的位移测量灵敏度 .同时对 SEM相移实验技术的原理进行了详细的阐述 .并将该技术应用到微电子机械系统构件的虚应变分析中 .实验结果证明了该方法的可行性 。

相移误差校正算法研究

重构光场的相位是光学干涉计量的基础和难点,相移技术是其中重要的方法,但相移误差在实验中是很难回避的,从而引起相位重构出现误差,所以如何消除或减少相移误差对相位重构的影响是受普遍关注的问题。文章分析了在常用的四步相移中相移误差对相位重构的影响,给出了相移误差与相位重构误差的关系式,并提出了一种在离轴数字全息情况下,先通过条纹拟合计算相移误差量,继而修正重构相位误差的方法。文章给出了模拟计算和实验结果,证明该方法是有效的。

余弦拟合消除相移误差在显微数字全息术中的应用

分析了在常用的四步相移中相移误差对相位重构造成的误差,给出了相移误差与相位重构误差的关系式,提出了通过干涉条纹的拟合来计算相移误差的方法,并将该方法应用于数字显微全息术测量细胞相位的实验中,得到了比较理想的细胞三维形貌.与不进行修正的结果相比较,发现相移误差造成的周期性相位重构误差,在使用后被明显地减少了,表明此方法是有效的.考虑到大多数全息图的干涉条纹比较容易识别,而且比较规则,因此该方法有比较好的通用性.

一种应用相移法的三维形貌测量方法

为了测量物体的三维形貌,通过投射正弦光栅,采用四步相移法求得包裹相位;运用质量引导路径解包裹方法对包裹相位进行解包裹处理,得到正确的相位值;最后通过三维重建获得物体的三维形貌。用人脸面具进行试验。结果表明:通过该方法能正确、清晰地呈现所测物体的三维形貌特征。

结构光测量中快速相位解包裹算法的讨论

对Schofield等提出的快速傅里叶变换(采用4次傅里叶变换和4次逆傅里叶)解包裹算法和Volkov等提出的相位重建算法(仅采用两次傅里叶变换和一次逆傅里叶变换)进行了讨论,提出基于离散余弦变换的快速相位解包裹算法.指出前两种算法在处理一般带噪音的模拟相位图时具有明显的优势,其处理结果非常接近理想值,而在处理相位变化剧烈或不连续区域的实验相位图(采用四步相移法测量雕刻佛像的三维面形)时出现较大误差,甚至无法处理,而基于离散余弦变换算法能很好的解决这个问题,并且拥有比前两种算法更快的运算速度.在实际应用中,针对不同的相位图把Schofield所提出的算法与基于离散余弦变换的算法结合起来,可以解决大部分相位解包裹问题.

双CCD光栅投影法测量物体三维轮廓技术

为了实现物体三维轮廓的高精度测量,使用双CCD采集被物体调制的光栅图像,将四步相移法与图象编码法相结合对采集到的图像进行处理,得到物体上各个点的相位变化,根据相位变化求出物点相对于参考面的高度,从而获得物体的三维轮廓信息.实验表明,此方法测量信息获取完整,可以测量陡峭或不连续的物体,测量误差在0.05 mm以内.

光相位延迟的二维测量及系统设计

本文提出了一种测量光相位延迟的新方法 :四步相移法 ,在此原理基础上采用面阵CCD作为光强探测器 ,设计了一套同时测量待测样品通光面上各点的相位延迟和波片的方位角的测量系统 ,并较详细叙述了该系统的测量原理、系统结构、软件编制及测量结果。实验结果显示该系统用于波片相位延迟测量时其误差不大于 4% ,测量波片方位角时其误差不大于 2 %。

一种应用于反向工程的结构光相位求解技术

基于结构光测量技术 ,探讨了一种将相移法同 gray编码方法结合进行相应求解的新技术 ,并解决了两者结合时产生相位突变的问题。采用四步相移法 ,将四幅移相光栅分别投射于物体表面 ,产生的调制光栅图像被CCD相机采集后 ,经计算机处理得到 [-π ,π]区间内的相主值。然后 ,投射黑白相间的一组 gray编码光栅到相同的物体表面 ,经CCD相机采集图像并由计算机解码处理后得到周期分布。最后 ,将两者相结合 ,得到真实而准确的相位。实验证明 ,该方法能快速准确地得到结构光的真实相位。

基于小波变换的光栅投影图的压缩

研究了基于小波变换的光栅投影图的压缩．首先介绍了三维形貌测量的光栅投影图及 其需要进行压缩的原因;简介可用于图像压缩的小波余弦变换技术,利用haar小波和db7小波对 光栅投影图进行小波变换．按照不同的压缩比保留最大的小波系数．实验结果表明此方法能有效 地压缩光栅投影图,使用压缩后还原的位相图解调出来的物体形貌信息能得到有效的保留,而且 使用不同的小波进行压缩变换的效果有着很大的区别．

基于C8051F340的三维测量仪器开发

根据投影栅相位轮廓术的四步相移法开发三维测量仪器,介绍仪器的测量原理,设计光学投影系统、相移机构及图像采集模块来实现四步相移法,利用C8051F340单片机搭建硬件控制平台并开发了相应的控制软件。研制出一台三维测量仪器,完全满足工业及相关三维测量的需求。仪器具有体积小、操作方便、测量速度快、精度高的优点,并且是基于USB接口的数据通信,易于移动。

基于数字全息技术的透明材料厚度变化的测量

透明材料的厚度是材料的重要指标,本文提出了一种基于数字全息技术测量平板玻璃厚度变化的方法。该方法采用平行光透射待测玻璃,并采用数字全息的方法记录和重建透射光,通过透射光的相位变化绘制玻璃厚度变化的三维形貌图。为了克服零级与共轭像对原始物光的干扰,引入四步相移与频域滤波技术,实验验证取得了理想的效果。