位相测量轮廓术中二元误差扩散光栅的应用研究

三维传感系统中,二元误差扩散编码光栅可应用于产生质量较好的正弦结构光场．针对光场对比度下降问题,本文提出一种改善方法．计算机仿真实验表明,系统点扩散函数为椭圆对称高斯函数时,应用二元误差扩散编码光栅可得到对比度较强正弦光场,PMP系统抗干扰性增强．     

滤波窗口对二元误差扩散编码光栅的影响

三维传感系统中,二元误差扩散编码光栅可应用于产生质量较好的正弦结构光场.光学系统的低通滤波窗口成为影响系统测量精度的因素之一.比较了3种常见滤波函数,分析各自特点.计算机仿真实验表明,应用二元误差扩散编码光栅,采用高斯窗、汉宁窗或矩形窗作为PMP系统滤波窗口时,系统测量精度为同一量级,且窗口宽度取6倍光栅基频最佳.     

基于频率调制二元编码光栅相位测量剖面术

分析传统的频率调制正弦光栅用于3步相移相位测量剖面术时,系统非线性对测量精度的影响,提出采用二元频率调制光栅,提高3步相移相位测量剖面术计算绝对相位测量精度的方法.完成了分别采用传统正弦频率调制光栅投影和基于Floyd-Steinberg二元编码频率调制光栅投影的相移剖面术的绝对相位计算结果对比.结果表明,采用正弦频率调制光栅模板的3步相移算法对系统的非线性敏感,而二元编码频率调制光栅模板既保持了利用单组条纹投影就可计算条纹绝对相位的优点,又不受系统非线性的影响,大大提高了基于频率调制光栅的相移剖面术的测量精度.计算机模拟和实验验证了所提方法的有效性.     

编码成像光谱仪的模板设计

提出一种快速编码模板设计。它以旋转码盘取代以往的直线往复运动二维模板，大大提高了对像面的编码调制速度；而将一维模板的狭缝设计成弯曲状，使之与二维码盘产生的谱线弯曲相匹配，减小了光谱编码误差，结合具体仪器给出了设计结果。     

塑料光学模板的二元光学设计和制作

介绍了用于产生塑料光学模板的二元光学技术，衍射原理是设计塑料光学模板的理论基础，讨论了标量衍射理论和耦合波近似理论。用模拟退火算法优化了塑料光学掩膜的浮雕表面，模板的制作借鉴了超大规模集成电路的制作设备，并用二元光学技术设计了单焦和双焦塑料透镜的模板。     

基于空间光调制器的瓣状结构光生成及应用

在一维艾里光相位模板中截取扇形相位模板,通过对扇形相位模板的圆周排列,实现了一种"瓣状"空间结构光场的相位全息图.激光经加载该相位全息图的空间光调制器反射后,在透镜焦平面形成瓣状光场.本文提出的相位生成方法可以对光场的瓣数进行自由调控,并在全息图中心区域引入涡旋光相位实现了对结构光场中心光强的调控.基于该光场通过双光子...     

形貌影栅云纹法中各光场设置比较及其误差分析

形貌影栅云纹测量中主要有4种光场:平行照射-平行观察、平行照射-点观察、等距点照射-点观察和不等距点照射-点观察光场.光场的选择与布置直接影响测量结果中系统误差的大小.为此通过对上述4种光场的特点进行分析比较,给出了通常采用的光场参数下的误差分析.分析结果表明,平行照射-平行观察光场是影栅云纹法中的基本光场,其他光场均受非平行光因素的影响,不可避免地引入误差.本研究对采用影栅云纹法进行测量时,合理选择光场和光场参数以及对测量结果的误差评估都有重要的指导作用.     

非经典光场及其在量子信息中的应用

扼要介绍连续变量纠缠态光场产生的实验方法,及其在量子离物传态,量子密集编码,受控密集编码,量子纠缠交换及量子通信网络中的应用.     

基于ASAM注意力机制的光场图像压缩方法

为了研究光场图像的空间信息和相似角度信息之间的差异性,提高光场图像的传输效率,提出了一种基于端到端网络的角度空间注意力模型（ASAM）注意力机制的光场图像压缩方法 .以卷积块注意力模型（CBAM）的注意力机制为基础,增强了相对角度特征,提高了压缩编码效率.稀疏图像采用H.266/VVC视频编解码器进行压缩,通过子孔径图像（SAI）网络恢复编码后的图像.结果表明,与现有的光场图像压缩方法相比,所提出的光场图像压缩方法具有较高的图像压缩性能,Bj?ntegaard-Delta比特率（BD-BR）降低了52.30%,Bj?ntegaard-Delta峰值信噪比（BD-PSNR）提高了3.33 dB.     

相位差的数字化测量研究

分析了基于DFT/FFT谱分析及互相关法检测正弦信号相位差的原理,重点讨论了这两种相位差检测方法所产生的误差及误差校正方法.针对混有噪声的正弦信号,分析了检测精度及影响精度的因素.利用虚拟仪器技术,构建了基于这两种相位差检测算法的检测系统.实验证明,与传统的模拟电子器件相比,这两种方法具有运算速度快、精度高、抗干扰能力强等特点.     

提高光栅投影测量精度的相移精确测量法

在光栅投影测量的相位计算中，采用Gray编码和相移相结合的方法，并针对当前光栅投影测量中相位计算精度不高的问题，提出一种新的相移方法．与传统相移方法相比，该方法采用新的投影光栅光强函数．考虑到光栅投影测量中可能出现的标定误差、投影光非正弦模式以及其他干扰因素，在该函数中加入对这些干扰的纠正值，从而减少由这些干扰产生的不利影响，进一步提高投影光栅和对象测量的精度．通过对邻近点插值获得的投影光栅，条纹精度可以达到亚像素级．对实际测量获得的投影光栅图像的处理实验，证明了该方法的可行性和先进性．     

Phase-error restraint with the empirical mode decomposition method in phase measurement profilometry

Phase measurement profilometry(PMP) uses a digital projector and a camera for 3D shape measurement.However,the nonlinear response of the measurement system causes the captured perfect sinusoidal fringe patterns to become non-sinusoidal waveforms,which results in phase and measurement errors.We perform a theoretical analysis of the phase error resulting from non-sinusoidal fringe patterns.Based on a derived phase-error expression,the empirical mode decomposition(EMD) method is introduced to restrain nonlinear phase error and improve the precision in evaluating the phase distribution.A computer simulation and experimental results prove that the proposed method can eliminate possible phase-error in PMP.     

基于多周期条纹投影技术的位相逆推法在物体表面形状测量中的应用

提出了一种基于多周期条纹投影技术和位相逆推法的物体表面形状测量法,该方法通过分析干涉条纹的位相分布来测得物体的表面形状。相对于单波长干涉仪、条纹投影法等其他测量方法而言,多周期条纹投影法不仅具有更高的测量精度和更大的测量范围,而且还可以用来测量非连续表面形状。此外,在多周期条纹投影法的基础上,还介绍了一种新的空间位相分析方法：位相逆推法。运用这种方法测量物体表面形状可以极大提高测量的精度和系统的稳定性。数值仿真及实验表明,由位相过零点所得到的测量值精度高于由振幅最大值所得到的测量值精度;当测量范围为毫米级时,基于多周期条纹投影法的位相逆推法的测量精度可以达到微米级。     

动态投影栅线的加窗傅里叶分析方法

提出一种基于动态投影栅线的全场非接触测量振动或者连续变形物体的位移、速度和加速度的方法.利用高速摄像机采集一系列随时间变化的投影栅线图.加窗傅里叶变换由于可进行局部分析和更好地抑制噪声,被用来提取单幅栅线图的相位.经过对序列投影栅线图在空间域上的处理,得到包含位移信息的三维复相位矩阵.再通过加窗傅里叶脊对位移在时间域上的分析,进一步提取出物体的速度和加速度分布.连续振动悬臂梁的测量实验结果表明,动态投影栅线结合加窗傅里叶分析能够得到动态变形物体上每个点的瞬时的位移、速度和加速度分布,证实了该方法的有效性.     

均匀磁场激励磁感应成像滤波反投影算法

通过亥姆霍兹线圈在中心区域建立正弦均匀的激励磁场,磁场方向近似直线,有助于简化逆问题的复杂度.建立了8通道磁感应测量系统仿真模型,采用滤波反投影算法重构出电导率分布.在滤波反投影算法中,首先用线性插值补充检测数据,然后用Hamming滤波器对数据进行滤波,同时加入窗口滤波器减少了涡流磁场发散对周围线圈的影响.加入不同噪声比的噪声干扰,测试了算法对噪声的抑制能力,实验结果表明该模型下运用反投影滤波算法可以重构出电导率的分布.     

用变频条纹图扫描技术测量陡峭物体的三维轮廓

针对传统条纹投影方法不能测量陡峭物体三维轮廓的问题，提出了一种基于相移的变频条纹图扫描测量技术．采用投影装置投射一系列频率随时间变化的正弦条纹图到被测物体上，且在每个频率下完成相移条纹扫描．用电荷耦合器件(CCD)和图像采集卡记录这些变形的条纹图，对这些条纹图沿时间轴提取相位并进行处理，可以得到图像上每个像素点的相位和沿时间轴的相位变化率，由此得到的每个像素点的相位值在像面内都是相互独立的，而相位变化率包含物体的高度信息，因此可以得到物体的三维轮廓．实验证明，该技术能够成功地测量陡峭物体的轮廓．     

用时间域相位解包法测量不连续物体的三维轮廓

针对传统相位解包方法不能测量不连续物体轮廓的问题,提出了一种基于时间域相位解包的傅里叶变换技术.该技术采用先投影一系列间距随时间变化的正弦条纹图到被测物体上,再用电荷耦合器件和图像采集卡来获取由物体面形调制而变形的条纹图,并沿时间轴对这些变形条纹做傅里叶变换、滤波和反变换,然后沿时间轴解包,得到图像上每个时刻每个像素点的相位.由此得到的相位值在像面内是相互独立并且是沿时间轴变化的,这个相位变化率包含有物体的高度信息.实验表明,该技术成功地解决了不连续物体的轮廓测量问题,与传统的空间相位解包方法相比,该技术最大的优点是能够方便、准确地测量不连续和大陡度物体的轮廓.     

光栅条纹最小偏向角的研究

在光栅方程的基础上,利用矢量法和标量法证明了只有入射角与同侧某一级明条纹的衍射角相等时,该级条纹的偏向角为最小偏向角。通过实验数据计算波长,比较结果可知,实验中入射角与衍射角虽然不完全相等,但在相差不超过1°的前提下,可以认为满足最小偏向角的条件。通过对光栅条纹最小偏向角的研究,可以大幅度提高光波波长测量精度,避免了调节垂直入射这一复杂的步骤,将物理实验化繁为简,使实验结果变得更加清晰明朗。