数字全息显微中的相位像差自动补偿算法

结合图像分割技术提出了一种用于数字全息显微成像的相位像差自动补偿算法.首先，采用最小二乘拟合算法对包含被测物体的解包裹相位图进行粗略的补偿，在此基础上，利用图像分割算法对其背景区域进行分割，获得不含被测物体的解包裹相位图.最后，对其进行最小二乘拟合从而实现相位像差的精确补偿.传统的数字全息显微技术需要通过手工检测背景区域来解决相位像差补偿的问题.然而，本文方法既不需要人工干预，也不需要光学设置的先验知识，即可实现相位像差的自动补偿.通过搭建的数字全息显微实验平台验证了所提算法的可行性和准确性.     

一种快速时间相位展开方法

为了实现物体形貌的快速三维测量,提出了一种基于四步相移的快速时间相位展开方法.与传统四步相移不同,增加了2幅相连周期相移量相差为π的条纹图.根据四步相移条纹图获取包裹相位,通过增加的2幅条纹图结合四步相移条纹图中的2幅获得辅助相位.最后通过包裹相位和辅助相位共同确定条纹级次,所得条纹级次不易出错.与格雷码和相位编码方法相比,该方法只需要6幅条纹图且算法简单,可以实现物体形貌的快速测量.实验结果验证了所提方法的可行性,测量的均方根误差(RMSE)为0.037 mm.     

基于条纹间距调节的条纹分析

基于莫尔条纹的测量中,较好的条纹图、包裹相位图质量,能够提高测量的有效性和测量精度。合理的条纹分布密度,能够有效降低条纹图与包裹相位图中的噪声影响,消除条纹分布过密产生的相位混频。合适的莫尔条纹密度可以通过调节条纹间距来确定。测量结果表明该方法能够适应被测表面的条纹分布,获得可靠的测量数据和有效的测量精度,得到较好的测量结果。     

时间相位解包裹方法在三维形貌测量系统中的应用

将广义时间相位解包裹方法和影栅方法相结合,设计实现了一种基于时间相位解包裹方法的三维形貌测量系统。首先采集投影物体表面上的调制影栅图案,然后使用时间相位解包裹方法获取影栅图被调制前后的解包裹相位差图,据此重建物体三维形貌。给出了相位求解的原理及实现流程,进行了实验测试。实测结果表明,系统能够高效率、高精度地重建物体表面形貌。     

工业产品表面高精度三维测量方法的研究

针对基于条纹投影轮廓术的三维测量系统的非线性效应降低测量精度的问题,提出了一种双四步相移结合相位编码的三维测量方法。该方法可以削减数字光栅测量系统中非线性效应的影响,提高系统的测量精度。通过2次四步相移算法计算得到2幅包裹相位图,经过相位融合得到连续相位。由于使用相位确定码字,相位编码方法对环境光、相机噪声等因素具有较强的鲁棒性,在物体的三维形貌测量中被广泛应用。实验结果表明,该方法能够有效测量复杂物体的三维形貌,具有较好的测量精度。     

基于离散余弦变换最小二乘法实现数字全息再现像的相位解包裹

采用离轴菲涅尔数字全息系统对栅格进行了全息图的数字记录和数字再现,并用离散余弦变换(DCT)最小二乘法对数字全息再现像进行了相位解包裹处理.在此基础上;增加了后处理过程,即对原始包裹相位的相应点加上或减去2π的整数倍,与此最小二乘算法所求得的解包裹相位进行比较,使二者之差的绝对值达到最小,将原始包裹相位做处理后的相位值作为解包裹相位的最后结果.对栅格的解包裹相位三维图和原子力显微镜扫描获得的三维图的对比测量和分析结果证明了经后处理的解包裹相位精度得到了有效提高.     

区域分割的亚像素相位立体匹配算法

针对双目光栅投影测量中深度不连续及边界阴影处的误匹配导致测量误差大的问题,提出区域分割的亚像素相位立体匹配算法。该算法采用由粗到精的匹配策略,在标准极线几何、相位等约束下获得粗匹配点。根据变形栅线图、展开相位图的特点将粗匹配结果分为不包含边界阴影的深度连续区域、边界阴影及深度不连续区域,分别使用加窗匹配测度最小二乘法和外插法获得亚像素匹配点。实验结果表明:该算法能有效消除传统匹配算法在深度不连续处的视差平滑过渡;与传统点基元匹配算法相比,该算法在边界阴影及深度不连续处的平均高度相对误差减小了62%~69%,与传统模板匹配算法相比,该算法在边界阴影及深度不连续处的平均高度相对误差减小了57%~61%,在深度连续处的匹配精度提高了3~4倍。该算法有效提高了相位立体匹配的精度,对提高目前三维测量技术精度具有重要意义。     

单幅室外自然场景中的阴影检测与消除

为了改进Retinex算法在阴影消除中的不足,该文提出了一种基于高斯分布与Retinex模型的阴影检测与消除算法,通过灰度分布将图像分割为阴影区域、半影区域和正常光照区域,采用Retinex算法分别对阴影区域和正常光照区域提取光照,并消除光照影响,然后对半影区域进行双线性插值,得到消除阴影后的图像.该算法对大面积阴影的检测与消除具有很好的效果,同时避免了Retinex算法在灰度变化剧烈区域产生的模糊问题,实验证实了该算法的有效性.     

基于傅里叶变换移相测量的相位测量轮廓术

移相误差是移相法相位测量轮廓术的主要误差来源,提出一种对实际步进移相值进行测量,消除移相误差对相位测量影响的算法,该算法将傅里叶变换相位测量和移相法相位测量相结合,利用傅里叶变换相位原理测量每次移相的实际相移量,然后根据相移实测值计算相位分布,进而获得物体表面蝗三维数据。该算法能够准确测量每步移相的实际相移量,不要求移相的均匀性和重复性,只需３帧图像就可解调出相位分布,不受移相误差的影响。仿真结果证实了该算法的有效性,实际图像数据处理结果表明,该算法可以基本消除由移相引起的误差。     

一种新的位相去包裹算法

该文提出一种新的简单有效的位相去包裹算法,可以对含有噪声和奇异点的包裹位相图进行正确去包裹,去包裹过程与路径无关,可以有效地解决去包裹误差扩散问题,消除"拉线"现象。同时,仿真结果也证明了此种算法的有效性和健壮性。     

一种改进的相位解缠算法

针对复杂包裹相位图解缠相位时存在相位跳变和解缠耗时的问题, 提出一种改进的相位解缠算法. 首先通过四步相移法得到包裹相位图, 由包裹相位图生成质量图; 其次将质量图划分为高质量区和低质量区, 高质量区使用简单路径算法解缠, 低质量区通过相邻两像素点的质量值构造水平和竖直权值边; 最后按构造边权值从小到大进行相位解缠, 解缠过程以两像素点所构成的边为单位, 采用不连续解缠路径, 逐次解缠所有像素点. 实验结果表明, 该算法与其他算法相比, 解缠速度较快且效果好.     

一种改进的相位解缠算法

针对复杂包裹相位图解缠相位时存在相位跳变和解缠耗时的问题, 提出一种改进的相位解缠算法. 首先通过四步相移法得到包裹相位图, 由包裹相位图生成质量图; 其次将质量图划分为高质量区和低质量区, 高质量区使用简单路径算法解缠, 低质量区通过相邻两像素点的质量值构造水平和竖直权值边； 最后按构造边权值从小到大进行相位解缠, 解缠过程以两像素点所构成的边为单位, 采用不连续解缠路径, 逐次解缠所有像素点. 实验结果表明, 该算法与其他算法相比, 解缠速度较快且效果好.     

能量方程在InSAR相位解缠中的应用研究

将能量方程应用于InSAR二维相位解缠中,阐述了它的基本原理。通过对干涉图进行均值滤波处理,使同一条纹内的相位得到平滑,相邻条纹间的相位得到增强,避免了相位解缠产生的拉线现象。在相位解缠过程中,对每一像素点进行相位梯度估计,减少了误差的传播。该方法有效地解决了原能量方程算法在干涉条纹较多情况下,相位解缠不收敛的问题,提高了相位解缠的精度。仿真数据和真实InSAR数据的实验结果验证了该方法的有效性。     

基于最小二阶差分的相展开方法

条纹类图象的自动处理在近十年来受到极大关注。近几年来，一些可选用的抗噪相展开算法已经被提出来，但是对于大尺度相值间断线和真实的相值不连续缺乏有效的对策或需要较强的限制条件，从而限制了它们的应用。该文针对上述问题进行了分析，提出了一种新的寻找噪声源的方法。并且以二阶差分在区分相值间断区域和真实的相值不连续处的良好表现为基础，提出了一种适用性较强的相展开方法。     

定量相衬成像中自适应阈值翻转的相位解包裹算法

当原始相位超过周期π时,定量相衬成像中多峰相位分布与包裹相位会出现增减交替,存在多极值点.针对该问题,提出一种基于自适应阈值翻转的相位解包裹算法(SATR),实现了定量相衬成像中的真实相位重构,分析了相衬成像原理和自适应阈值翻转相位解包裹算法的实现过程.通过模拟验证计算,并与最小二乘法(LS)、横向剪切最小二乘法(LSBLS)以及四向横向剪切最小二乘法(FLSBLS)的结果进行对比,证明该算法的可行性与准确性.该算法在一定程度上提高了相位解包裹的精确度,为强干扰、高精度及大计算量的解包裹提供了新的思路.     

基于分阶Fourier频谱分解与混合随机掩码的光学加密算法

为了解决当前光学加密方法主要是借助普通相位掩码来调制初始图像,导致输出密文的安全性不理想的问题,通过融合Fresnel波带、Hilbert相位与混沌掩码,设计了分阶Fourier频谱分解与混合随机掩码的光学图像加密算法。首先,根据SHA-256哈希方法,形成一个256位的外部密钥,并将其分割为32个子密钥;引入二维Ushiki映射,利用子密钥来计算其初始条件,通过迭代来输出一组随机序列,从而构建一个混沌相位掩码;随后,引入Fresnel波带振幅与Hilbert相位函数,将二者与混沌相位掩码融合,形成一个混合掩码,兼顾其随机性与光轴校准精度;基于分阶Fourier变换,联合混合掩码,对初始明文完成光学调制,获取Fourier频谱;最后,通过等模分解方法来分割Fourier频谱,输出密文与私钥。测试数据表明:较已有的光学加密方案而言,所研究加密技术具备更理想的抗干扰能力与安全性,在噪声、剪切等攻击下,具有更为理想的解密质量。     

动态孤立区域位相展开方法的研究

位相展开问题是所有基于条纹分析的光学测量技术都难以避免的问题．在采用结构照明的光学三维传感方法中，位相展开是被测物体三维面形正确重建的关键步骤之一．特别是在冲击和爆轰过程中，由于突轰过程的特殊性，解出的位相是散布的，位相的展开更是一个难点．将调制度引入到动态傅立叶变换轮廓术，根据调制度信息建立三维模板，并在三维坐标空间下进行基于调制度排序的位相展开，很好地解决了二维情况下空间不连续区域和孤立区域无法正确展开位相的问题，为动态傅立叶变换轮廓术应用在冲击和爆轰过程中，获取物体散布的三维面形提供了强有利的新手段．给出了详细的理论分析和计算机模拟．     

基于移相法的三维面型测量系统优化算法研究

概述了基于相位测量的光学三维面型测量原理和移相法相位测量技术。针对移相法相位测量过程中的移相误差,结合优化的方法研究了传统五步移相算法的误差估计。根据相位展开原理,提出了加权最小二乘相位展开方法,并分别用两种不同的优化方法进行二维相位展开,对结果比较分析,验证了其性能与效率。     

几种时间相位展开方法的比较

相位场的展开是基于结构光投影光学三维面形测量方法的关键步骤,复杂相位场的展开也是该方法面临的主要问题之一,时间相位展开方法提供了解决这一难题的一种有效手段.时间相位展开方法利用从多套不同频率条纹图中调解得到的三维截断相位分布,沿时间轴方向上将每点的相位进行独立展开,可以避免二维截断相位图展开过程中引入的误差扩散问题.本文对比了负指数时间相位展开法、三频时间相位展开法、三频外差时间相位展开法以及一次外差时间相位展开法,并引入分块拟合的方法来得到更准确的相位计算结果.完成了计算机模拟和实验验证,标准平面测量时,采用分段拟和的相位误差远小于以前采用的全场拟和法.     

三维物体轮廓测量标定技术中解相问题的研究

对三维物体轮廓测量标定技术中所遇到的卷相问题进行了分析 ,提出了多标定平面法和标记图像法来计算相位沿高度方向的卷相次数 ,并通过实验验证了该方法的有效性