Shijie Feng 1,2,3Yile Xiao 1,2,3Wei Yin 1,2,3Yan Hu 1,2,3[ ... ]Qian Chen 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University of Science and Technology, Smart Computational Imaging Laboratory, Nanjing, China
2 Nanjing University of Science and Technology, Jiangsu Key Laboratory of Spectral Imaging and Intelligent Sense, Nanjing, China
3 Smart Computational Imaging Research Institute of Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, China
In recent years, there has been tremendous progress in the development of deep-learning-based approaches for optical metrology, which introduce various deep neural networks (DNNs) for many optical metrology tasks, such as fringe analysis, phase unwrapping, and digital image correlation. However, since different DNN models have their own strengths and limitations, it is difficult for a single DNN to make reliable predictions under all possible scenarios. In this work, we introduce ensemble learning into optical metrology, which combines the predictions of multiple DNNs to significantly enhance the accuracy and reduce the generalization error for the task of fringe-pattern analysis. First, several state-of-the-art base models of different architectures are selected. A K-fold average ensemble strategy is developed to train each base model multiple times with different data and calculate the mean prediction within each base model. Next, an adaptive ensemble strategy is presented to further combine the base models by building an extra DNN to fuse the features extracted from these mean predictions in an adaptive and fully automatic way. Experimental results demonstrate that ensemble learning could attain superior performance over state-of-the-art solutions, including both classic and conventional single-DNN-based methods. Our work suggests that by resorting to collective wisdom, ensemble learning offers a simple and effective solution for overcoming generalization challenges and boosts the performance of data-driven optical metrology methods.
optical metrology fringe-pattern analysis deep learning ensemble learning three-dimensional measurement phase retrieval 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036010
作者单位
摘要
1 西安工业大学 机电工程学院,西安 710021
2 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
提出一种利用深度学习强大的隐式建模能力解决单帧条纹图正交化存在的欠采样问题,结合条纹图降噪归一化技术,利用对抗生成网络的特征先验,构造了一种条纹图轮廓项数字方式的π/2相移网路,实现了单帧条纹图的正交化,放松了应用解析模型法实现条纹图正交化时的严格要求。通过标签图像对训练后,该网络成功地实现了归一化后的条纹图的正交化,进而高精度地实现了单帧条纹图的相位解调。仿真和实验分析证明,与基于Riesz变换的数字相移方法相比,所提方法求解更可靠,能有效地恢复测量相位。以现有的多帧高精度相移算法的解调结果作为参考值,实验结果表明所提方法的相位误差分布在0.05 rad以内,为瞬变场和物体三维轮廓测量提供了一种途径。
条纹图分析 相位解调 条纹图正交化 深度学习 三维轮廓测量 Fringe pattern analysis Phase demodulation Orthogonalization of fringe pattern Deep learning 3D profile measurement 
光子学报
2023, 52(1): 0112003
作者单位
摘要
1 华南农业大学 电子工程学院(人工智能学院) 应用物理系, 广东 广州 510642
2 暨南大学 理工学院 光电工程系, 广东 广州 510632
针对目前条纹模板测量法在图像畸变校正中所存在的过校正问题, 文章采用载频条纹相位解调分析结合畸变模型实现对镜头桶形畸变的测量与校正。以载频条纹图像作为校正模板, 使用广角镜头相机进行拍摄, 获得畸变条纹图像; 采用具有高空间局域特性的四步相移分析方法进行相位解调, 获得畸变中心位置以及径向畸变量分布; 根据桶形径向畸变的偶数阶多项式模型展开数值拟合分析, 对畸变参量进行估算, 结合畸变中心位置点参量, 最终实现对畸变图像的校正。数值模拟以及实验结果表明, 方法简单、有效, 具有实际的应用价值。
信息光学 畸变校正 机器视觉 相位分析 条纹图像分析 information optics distortion correction computer vision phase analysis fringe-pattern analysis 
光学技术
2021, 47(4): 422
作者单位
摘要
1 东南大学 自动化学院,江苏 南京 210096
2 东南大学 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室,江苏 南京 210096
条纹图处理是光学测量技术中一个非常重要的步骤。从早期的经典傅里叶变换,到随后引入局部分析能力的窗口傅里叶变换、小波变换、S变换,再到近些年变分模型分解、经验模态分解(EMD)等,条纹图处理技术经历了长足的研究和发展历程。在这些优秀的技术中,EMD算法由于具有较强的自适应性和复杂信号处理能力而在近些年受到一定的关注。文中结合条纹图处理的关键内容和发展历程,重点分析和总结了EMD算法及其应用于条纹图处理的关键问题和研究进展,指出了该技术尚存的技术难点和主要问题,为相关技术的发展提供了理论和实践的参考。
EMD算法 条纹图处理 光学测量 empirical mode decomposition fringe pattern analysis optical measurement 
红外与激光工程
2020, 49(3): 0303013
作者单位
摘要
浙江师范大学 信息光学研究所, 浙江 金华 321004
针对带倾斜相移误差的闭合干涉图,提出一种非迭代的高精度相位提取方法.该方法用傅里叶变换估计闭合条纹的相位,并用图像分割校正相位的符号,然后利用Zernike多项式拟合确定倾斜相移量,最后用最小二乘拟合得到高精度相位.数值模拟结果表明:该方法的相位提取误差随着干涉图中条纹根数的增多而减小;当干涉图中条纹根数为4.5时,倾斜相移的估计误差为0.37%.实验结果表明该方法的残余误差均方根值为0.121 7rad.该方法精度高,且无需迭代计算,可应用于相移干涉测量.
相移干涉测量 条纹分析 傅里叶变换 闭合干涉图 倾斜相移误差 Phase shifting interferometry Fringe pattern analysis Fourier transform method Closed interferogram Tiltshift error. 
光子学报
2016, 45(2): 0212001
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院光电科学技术系, 四川 成都 610064
S变换结合了短时傅里叶变换和小波变换的优点,是一种无损可逆的非平稳信号时频分析方法,具有线性、多分辨率、逆变换唯一,且与傅里叶变换保持着直接联系等特点。针对基于“脊”分析原理的S变换轮廓术中,相位采用一阶泰勒展开描述时存在的不足,提出了更为精确的二阶泰勒展式的相位描述方法。通过严格的理论分析,得到了更准确的相位场的计算公式,弥补了采用一阶泰勒展式描述相位的不足,大大提高了S变换“脊”方法重建三维面形的精度。完成了相应的计算机模拟和实验验证,并将S变换三维重建效果与以前的基于相位一阶展式的结果进行了对比。
测量 S变换 条纹分析 泰勒展开 三维面形重建 
光学学报
2013, 33(6): 0612009
作者单位
摘要
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 
光学仪器
2013, 35(1): 22
作者单位
摘要
1 上海大学(嘉定校区)电子工程系, 上海 201800
2 上海大学(嘉定校区)机械工程系, 上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
提出了一种新的相位去包裹算法,主要针对光学光滑表面以及由于少数低调制度点、散斑点、噪声或灰尘(以下简称误差点)引起的去包裹失败的情形。该算法运用泽尼特(Zernike)多项式对误差点区域进行拟合,通过一定阈值的设置,将误差点清除并予以拟合,具有计算快速的特点。
干涉术 条纹分析 泽尼特多项式 去包裹算法 
光学学报
1998, 18(7): 912
作者单位
摘要
1 上海大学嘉定校区通信工程系,上海 201800
2 上海大学嘉定校区机械工程系,上海 201800
3 中国科学院上海光机所,上海 201800
提出了一种新的相位去包裹算法,主要针对那些条纹数少,条纹质量相对较好,仅仅是由于少数低调制度点、散斑点、噪声或灰尘引起的去包裹失败的情形。该算法基于一维FFT(快速傅里叶变换),简单且易于实现。
干涉术 条纹分析 去包裹算法 
中国激光
1998, 25(9): 813
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
偏振小孔干涉仪是一种可实用的新型干涉仪。它综合小孔衍射技术、偏振技术和共光路设计为一体,具有条纹对比度可调、抗干扰能力强和非接触检验等优点,可广泛用于各种光学元件及其胶合层的检验。目测精度达1/10λ,计算机条纹处理精度可调。
小孔衍射 非接触检验 条纹分析 
光学学报
1991, 11(4): 301

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