提出了一种利用光流场原理测量物体面形的新方法。测量系统由投影仪、被测物体以及CCD摄像机组成。将光栅条纹以小角度投影到参考平面上,分别采集被测物体加入前后的两幅条纹图像。对测量系统的空间几何结构进行分析,以参考面为参照系,建立了投影仪、摄像机、观测点三者的位移与物面高度的空间关系,其中,观测点的位移是基于Brox光流算法通过估计两帧图像间的光流分布得到的。针对测量系统导致的测量结果与实际形状不一致的问题,结合球冠几何模型的数值模拟结果,分析了误差产生的原因,提出了修正方法。理论模拟结果和实际测量结果验证了所提方法的可行性。与傅里叶变换法进行了比较,证实了所提方法仅用两帧图像即可精确地恢复物体的高度信息,实验过程简单,有效缩短了测量时间,且适用于动态测量。

分析了Horn-Schunck全局光流算法和Lucas-Kanade局域光流算法在条纹位移测量中的分辨力和测量范围,结果表明:当Horn-Schunck算法的相对误差和Lucas-Kanade算法的相对误差小于2%时,两种算法的相位分辨力都能够达到10 -13π,对应像面上的位移分辨力为1.6×10 -12 pixel,两种算法在理论上与四步相移法的分辨力相当;在有噪声的情况下,两种算法的分辨力都达到了0.01π,对应像面上的位移分辨力为0.16 pixel;在相对误差小于2%、方均根误差小于3%时,Horn-Schunck算法和Lucas-Kanade算法的测量范围分别为0~17π/100和0~52π/100,分别约为0~π/6和0~π/2,并且测量范围受噪声的影响很小。

提出一种运用条纹光流实现物体面形测量的新技术。介绍光流法测量面形的原理,从光流的视角分析投影条纹的变化,建立平行投影条件下光流与被测面形高度及相位分布之间的理论关系。对建立的球冠几何模型进行数值模拟,验证光流法直接计算面形高度的可行性;对实际物体面形的测量与相移法测量结果对比,证明光流法能够准确恢复物面相位,并且对物面空洞区引入的噪声有较好的稳健性。不同于传统的面形测量技术,光流法仅需要二帧图像就可精确恢复高度分布或相位分布。由于光流法方法本身含有时间因子,且仅需两幅图像就能直接得到面形分布,所以比相移法更适合动态测量。

设计了基于光学涡旋相移技术的离面位移测量实验方案, 实现了电子散斑干涉中相移的数字控制.该方法利用输入液晶空间光调制器中的叉形光栅产生涡旋光束, 通过涡旋光束绕轴的旋转产生相移;同时, 产生的涡旋光束又作为参考光与物光干涉.实验中, 在物体发生离面位移前后依次输入四幅叉形光栅, 产生相移步长为π/2的涡旋光束, 利用CCD获得涡旋光与物光的干涉光场, 从而获得离面位移场的包裹相位;再通过解包裹, 获得物体离面变形的相位变化.光学涡旋相移法可应用于离面位移测量.

提出了一种提取两幅条纹图像间离面变形相位的新方法。由数字散斑相关方法(DSCM)测得两帧连续图像间的运动场，根据光流基本等式，运用初始图像的条纹频率与该运动场计算全场变形相位分布。介绍了基于DSCM变形相位方法的原理，对周边固定、中心加载圆盘的变形相位测量进行了实验和计算机模拟，验证了该方法的有效性。模拟结果和实验结果表明，该算法能够将直观的面内运动场和离面变形相位的提取联系起来，能够解调出物体全场离面变形相位信息。该方法优点是操作过程简单方便，既不需要将条纹图像转换到频域，也不需要相位解包络运算，且在条纹越密集处提取的变形相位信息更准确。该方法为计算物体全场变形相位分布和动态测量物体形变提供了新的途径。

为减少噪音对散斑相位图的影响, 提出了一种无阈值的窗口傅里叶变换滤波方法.通过对窗口内条纹频率幅值扫描, 寻找条纹频率幅值的最大值作为滤波标准, 得到最佳滤波图像, 缩短了计算时间, 解决了窗口傅里叶变换滤波中需要设定阈值的问题.在无阈值窗口傅里叶变换滤波算法基础上, 对散斑条纹图像进行了滤波, 证明了该算法的可行性和良好的滤波效果, 可用于各类条纹图像的低通滤波.

将涡旋光应用于电子散斑干涉, 测量变形物体的离面位移.把传统的电子散斑干涉测量技术与液晶空间光调制器相结合, 将所获得的涡旋光作为参考光或者物光进行变形测量.推导出物光为平面光、参考光为涡旋光, 和参考光、物光均为涡旋光时物体变形后的干涉强度公式, 模拟计算了变形后的干涉图样, 分析了变形图样的特征.运用四步相移方法得到了物体的变形相位公式, 通过解包裹得到了物体的变形相位.模拟计算得到的三维相位分布图与物体离面位移的变形相位理论值的三维分布图相吻合.模拟实验结果表明, 涡旋光可以应用于物体的变形测量, 为变形测量提供新的途径.

选用Munsell新标数据集, 采用基于模式识别技术的圆度、色相角偏差、明度线性度与空间投影点聚集度四个指标来分别评价目前八个典型色貌模型在彩度均匀性、色相预测准确性、明度均匀性、颜色的空间再现的能力。结果表明, 不同的色貌模型在四个方面的颜色再现性上表现出不同的优势。八个色貌模型对彩度预测最好的是RLAB, 每个色貌模型对红色和绿色预测比较好, CAM02在色相预测整体上占优势;明度的均匀性预测都比较好, 尤其是CIELAB; LLAB的颜色的空间再现能力最好。

采用对离面位移敏感的单束激光照明散斑干涉光路，将数字散斑相关法和电子散斑干涉术结合起来测量物体的三维变形。在无参考光时采集一幅物体变形前的散斑图，加入参考光并实现散斑干涉，结合相移技术测量物体离面位移。去掉参考光再采集一幅物体变形后的散斑图。对物体变形前后的散斑图进行散斑相关运算，得到二维面内位移分量，实现三维变形测量。对三点弯曲梁进行了实验，结果表明，该方法可以测量变形场的三个位移分量，具有光路简单、易操作的优点。