上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200444
在条纹投射技术中，投影机光强非线性是影响测量精度的关键因素之一。投影机非线性会在条纹信号中引入高阶谐波，从而导致位相测量结果中出现波纹状误差。投影机非线性的自适应校正方法，也即自校正方法，可以从测量数据中直接估计投影机输入输出光强曲线或位相误差函数，从而避免了繁琐的前标定过程，并因此在应用中具备很强的适应性。文中拟对投影机非线性自校正算法的研究进展作一个系统性的概述。这些方法中，其一，是从采集的条纹图像中利用迭代拟合算法直接估计投影机的非线性曲线，并依据其校正位相误差；其二，是从单幅测量位相图中识别并移除由非线性引起的位相误差；其三，是利用两幅不同频率的测量位相图估计误差系数，并补偿其影响。实际测量结果表明：上述自校正方法，在无需标定数据条件下，可以有效地解决投影机非线性误差问题，有助于提高条纹投射技术的测量精度。
投影机非线性 条纹投射 位相测量 projector nonlinearity fringe projection phase measurement 红外与激光工程
2020, 49(3): 0303009
1 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 江苏省医学光学重点实验室, 江苏 苏州215163
为了提高液晶空间光调制器(LC-SLM)的校准精度, 采用条形光栅相位图对LC-SLM进行了标定。首先基于傅里叶光学模拟计算得出了条形光栅相位图对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系, 然后搭建实验光路并在LC-SLM上加载了条形光栅相位图, 测量LC-SLM控制程序中加载的灰度图所对应的零级衍射光斑光强值, 经过分析计算得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系, 并最终得到了针对488 nm激光的LC-SLM的标定文件LUT。经过标定之后, 相位调制曲线的线性相关度可达0.996 4,校正误差仅为0.224 0 rad。结果表明, 在LC-SLM上加载复杂的高阶相位, 并结合LUT文件可以调制生成高质量的双螺旋光斑。此研究结果表明: 针对特定波长, 利用条形光栅相位图标定的LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载的相位对光束进行有效调制, 且其方法更简单。
傅里叶光学 液晶空间光调制器 校准精度 条形光栅相位图 Fourier optics liquid crystal spatial light modulator calibration accuracy strip grating phase image 红外与激光工程
2019, 48(7): 0706005
上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
三角函数与反三角函数作为基本初等函数, 在光学条纹图像分析中有着广泛的应用。在某些特定情况下, 如硬件计算或要求快速计算时, 可以通过逼近函数来计算其近似值。现讨论三角函数及反三角函数的最佳逼近方法。基于∞范数, 选择特定区间推导函数的最佳逼近多项式, 给出了多项式的系数与最大逼近误差;再利用三角恒等式将其推广至函数的整个定义区间, 得到了各三角函数与反三角函数的分段逼近多项式。并且将其结果用于条纹图像的分析, 以实验证明了所述方法的有效性。
三角函数 反三角函数 多项式逼近 条纹图像分析 trigonometric functions inverse trigonometric functions polynomial approximation fringe pattern analysis
介绍了一种自适应空间载波相移算法.模拟和实验结果显示该算法能测量位相分布变化较剧烈的三维物面而勿须知道条纹载波频率;其模拟测量精度在无噪声情况下达到10-3rad.
空间载波相移算法 自适应 相移量
圆柱坐标下的多视角(孔径)扫描拼接方法主要针对类似回转物体面形的拼接测量，用该方法在对非单一回转轴，或者近似回转轴位置远离坐标轴形式的一类物体面形的拼接测量时遇到了困难，把拼接方法推广到基于虚拟圆柱可以解决这一难题。为此提出了基于虚拟圆柱原理的曲面拼接方法，给出了如何估计虚拟圆柱的半径，以及轴心坐标的计算方法，推导了基于虚拟圆柱的坐标转换方程，通过计算机模拟验证了其精确性，并通过实验证明这种方法对解决三维复杂物体表面特别是多视角测量获得面形的拼接测量问题是十分有效的。
光学测量 三维测量 重叠扫描拼接 平均曲率 虚拟圆柱
提出了采用调制度阈值分割技术进行物体轮廓有效测量区域自动识别的一种新方法,克服了投射条纹三维测量技术中由于阴影、条纹断裂、局部镜面反射、暗背景、采样不足以及外来的噪声等因素,使得被测物体表面存在无效测量区域(相位数据不可靠区域)的问题.采用了时域相位去包裹技术,保证了无效区域的相位数据不会影响到有效测量区域的相位数据.与有效测量区域相比,无效区域的调制度明显较低,对调制度直方图进行分析,借鉴图像分割的思想,采用了迭代算法自动求解最佳阈值,辨识物体轮廓测量的有效测量区域和无效测量区域,实现了单视角测量的自动化过程.车灯反射体测量实验证明了这种方法的优越性和可靠性.
三维测量 相位去包裹 调制度 自动分割
1 上海大学(延长校区)精密机械工程系, 上海 200072
2 上海大学(延长校区)通信工程系, 上海 200072
提出了一种新的最小二乘迭代算法,能有效消除因相移器存在导向误差面使相移平面倾斜从而导致的相移误差。当相移器存在的相移误差包括位移误差与倾斜误差时,同一幅干涉图诸像素点的相移并不同步,但其相移量在同一平面上。求解此平面,即可消除相移误差。通过求解由一阶泰勒展开式得到的线性方程组,避免了为求解此平面而求解非线性方程组最小二乘解的过程,使算法简化。利用迭代法,保证求解的精度。并通过数值模拟,验证了这种算法在消除较大的相移器倾斜及位移误差影响上具有良好的效果。
相移干涉术 相移误差 最小二乘解 迭代法
从理论上提出了圆柱坐标下多孔径扫描拼接技术的迭代方法, 并通过计算机模拟验证了其收敛性及精确性, 证明这种算法对解决360°面形测量问题具有重要的意义。
多孔径扫描拼接技术 迭代法 360°面形测量
