1 重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆 400065
2 重庆邮电大学智能通信与网络安全研究院,重庆 400065
提出了一种渐进式训练方案来重新配置马赫-曾德尔干涉仪(MZI)前馈光学神经网络(ONN)的相移,从而对抗MZI的相位误差和分束器误差,提高识别准确率。为了验证所提方案,利用Neuroptica Python仿真平台搭建了3层MZI-ONN结构,并在考虑到MZI相位误差和分束器误差的情况下,利用Iris和MNIST数据集验证了所提方案的有效性。仿真结果表明:在Iris数据集下,对于3层4×4 MZI-ONN结构,所提方案的识别准确率能够提升64.15百分点;在MNIST数据集下,对于4×4、6×6、8×8和16×16规模的MZI-ONN,所提方案的识别准确率能够提升2.00~37.00百分点。所提方案极大地提高了MZI-ONN的抗误差性能,有助于未来大规模、高准确率MZI-ONN的实现。
光计算 马赫-曾德尔干涉仪 光学神经网络 相位误差 分束器误差 渐进式训练 抗误差
结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤,对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式,随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景,最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。
三维重建 结构光照明 条纹投影 相移条纹分析 相位误差补偿 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211008
1 青岛理工大学信息与控制工程学院,山东 青岛 266520
2 西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
针对基于2+1相移法的高反光表面三维测量,分析了强度饱和条纹图案的傅里叶频谱,引入了强度饱和条纹的三阶傅里叶级数表达形式,建立了强度饱和所致的包裹相位误差模型,提出了双2+1相移法。从精度和效率两方面进行了对比实验:对比传统的2+1相移法和自适应条纹投影的2+1相移法,双2+1相移法的相位误差分别降低了69.9%和65.2%;对比多曝光2+1相移法和自适应条纹投影的2+1相移法,双2+1相移法的测量效率分别提高了91.9%和63.9%。
高反光表面 强度饱和条纹 相位误差模型 双2+1相移法 光学学报
2023, 43(20): 2012001
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041009
在相位测量偏折术(Phase Measuring Deflectometry, PMD)中为获取面形梯度, 需要分别获取水平和垂直相移条纹图像, 因此所需图像通常较多。为了减少条纹投影幅数, 提出一种新的基于复合条纹的相位获取方法, 通过将水平和垂直相位信息叠加形成斜条纹, 实现基于5幅复合斜条纹的相位获取方法, 相位测量精度高于5步正交光栅相移方法。进一步当系统存在非线性响应时, 提出了基于7幅斜复合条纹的相位获取方法, 可有效消除系统2阶非线性误差。计算机仿真和实验表明所提方法切实可行, 其测量精度高于采用同样帧数的正交条纹方法。
偏折术 条纹分析 非线性分析 相位误差校正 deflectometry fringe analysis nonlinear analysis phase error correction
1 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
2 中航工业洛阳电光设备研究所 光电控制技术重点实验室,河南 洛阳 471009
数字投影仪的非线性响应是近年来研究的热点问题,因为数字投影仪虽然能避免物理光栅投影的各种缺陷,但其自身的非线性直接影响了输出信息,是相位误差的主要来源,进而影响了测量精度。针对数字条纹投影三维测量中存在的Gamma非线性和不同区域Gamma值并不一致的问题,提出一种通过正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法,通过正交条纹划分区域,对每个区域使用多项式拟合计算预编码值校正该区域条纹图像。使用该方法校正后相位误差减少了82.24%,适用于任意投影仪与相机之间的位置关系,只需要精细化计算一套分区域预编码系数并由此生成编码条纹图,即可满足该系统此后的测量需求,该方法灵活性强、精确度高。
Gamma非线性 相位误差 预编码 条纹级次 Gamma nonlinearity phase error precoding fringe order 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210503
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
光子集成干涉成像是一种基于光子集成芯片获取目标傅里叶频谱信息的新兴成像技术。目前,能量损耗与噪声干扰是制约该技术发展的关键因素。为分析它们对光子集成干涉成像系统的影响,研究了基线长度与干涉信号能量的关系和噪声对成像质量的影响。研究结果表明输出信号的能量处于纳瓦量级。干涉信号的振幅与对比度会随着基线长度的增加而迅速减小。长基线下的干涉信号振幅极小,在探测器精度不够的情况下,干涉信号的对比度将无法获取。综合来看,光子集成干涉成像系统适合采集目标的低频信息,并且当将噪声控制在干涉信号强度的10-3、相位误差控制在1/40时才不会对成像结果产生较大的影响。
成像系统 干涉成像 光子集成 信号能量 对比度噪声 相位误差 光学学报
2022, 42(13): 1311001
西南交通大学物理科学与技术学院,四川 成都 610031
传统的光栅条纹相移法提取相位时至少需要3幅光栅图像,使得测量系统的工作频率较高,图像预处理工作量大。针对这些问题,将希尔伯特变换引入二步相移法。希尔伯特变换具有90°相移和滤除直流分量的特性,对光栅条纹图像进行希尔伯特变换处理后,利用推导的相位提取公式计算相位。测量系统的非线性效应会引起条纹图像的失真,计算出的相位不准确,导致最后的三维复原精度低。推导了二步相移法中系统非线性效应引起的相位误差的公式,并对相位进行迭代补偿,削弱了非线性效应的影响。通过计算机仿真验证了所提方法的可行性,并将所提方法用于钢轨表面的三维面形复原,为钢轨磨耗和表面缺陷的测量提供了有效方法。
机器视觉 三维测量 希尔伯特变换 二步相移法 钢轨轮廓 非线性相位误差 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1015003