1 西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院，浙江 宁波 310022
数字全息测量系统中，记录过程引入的散斑噪声严重影响全息图质量，导致三维重建结果存在误差。相位提取是数字全息三维测量系统中影响精度的关键技术，而相位解包是获得正确连续相位的关键环节。为了抑制数字全息测量系统中的散斑噪声，提出了一种处理包裹相位的散斑噪声抑制方法。首先应用二维高斯窗口在频域内对包裹相位进行局部分析，并基于窗口傅里叶基函数与包裹相位的高相关性选取阈值；然后根据阈值舍弃噪声频谱，获得低散斑噪声的包裹相位。以微透镜阵列为测试对象，实现了数字全息测量系统中散斑噪声的有效抑制。实验结果表明，所提方法保留了包裹相位的跳变边界，有效提高了数字全息测量系统的三维重建精度，与未去噪的结果相比，残差降低了28.35%（峰谷值）和20.23%（均方根）。
全息 数字全息 散斑噪声 二维高斯窗口 包裹相位 三维重建 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1609002
红外与激光工程
2022, 51(4): 20210179
针对N步相移法无法克服测量系统中投影设备的非线性响应以及抑制三频外差解相存在的跳跃性误差, 提出基于双N步相移与全频解相的三维测量方法。首先, 通过标准双4步相移法求解初始包裹相位与融合包裹相位, 依据条纹调制度确定组合包裹相位; 然后利用三频外差法对部分条纹解包裹获得一级条纹级数, 再基于全频解相算法中条纹级数与相位的关系, 获得二级条纹的展开相位。最终的实验结果表明: 所提方法实现简单, 展开相位平滑无跳跃性误差, 相比现有方法解相效果更好。
光栅测量 双N步相移法 组合包裹相位 全频解相 grating measurement double-N-step phase shift method combined wrapped phase full-frequency phase unwrapping
为了快速、准确地重建复杂场景的三维面形,提出了一种利用散斑嵌入相移条纹图案和截断相位-高度查找表的三维面形测量方法。将散斑作为辅助信号嵌入到四步相移条纹图案的相位分布中,得到待投影的复合条纹图案。利用相移算法解调出被测物体的截断相位和额外的散斑信息。利用查找表得到截断相位对应的多个候选高度,再利用散斑对条纹周期进行标记以解决高度歧义问题,唯一确定截断相位所对应的正确高度,以实现被测物体三维面形的快速重建。该方法直接从截断相位信息中重建三维面形,无需投影任何附加图案,也无需进行相位展开。理论分析和实验结果表明,该方法可以实现动、静态复杂场景三维形貌的高精度测量且鲁棒性好。
测量 三维测量 散斑嵌入条纹 相移算法 截断相位-高度查找表 散斑相关
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
本文提出了一种简易的三维深度分割技术, 该技术能够对存在突变表面的物体的不同深度区域进行分割。为实现该项技术, 首先需要搭建由投影仪、相机和物体组成的深度分割平台。由投影仪向被分割物体投射一系列相移数字光栅; 数字光栅经物体表面调制, 被相机采集并存入计算机中待后续处理。将所采集的序列数字光栅进行顺序置换操作, 依次获得三种序列的数字光栅组, 通过最小二乘法对不同序列光栅组进行解相位并因此得到包裹相位组。包裹相位组经差分与相交运算后, 可获得相交边缘; 对相交边缘进行图像增强操作后即可对不同三维深度的不连续区域进行分割。仿真结果表明, 对于900 pixel×900 pixel范围的复杂面型, 该算法的分割偏移误差仅为2 pixel。实验结果表明: 该技术能够对多个不同深度的相似颜色物体进行精确的分割。因此, 本方法具备低消耗, 高精度三维深度分割的能力。
图像分割 三维深度分割 包裹相位 image segmentation three-dimensional depth segmentation wrapped phase 光学 精密工程
2019, 27(11): 2459
哈尔滨理工大学 测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080
鉴于人体胸腹表面三维运动测量在精确放疗等医学领域中的重要应用背景, 提出一种三维傅里叶条纹分析与三频时间相位展开相结合的三维傅里叶变换胸腹表面测量方法。投射一幅不同频率三原色余弦条纹组成的图案, 每采集一幅图像就能实现相应时刻胸腹表面的三维形状测量; 将动态条纹图像序列作为一个三维序列整体, 通过三维傅里叶变换并结合三维高斯滤波器提取折叠相位。无干扰时其均方根误差不超过0.005 rad, 峰谷值误差不超过0.015 rad, 其抗干扰能力高于二维傅里叶条纹分析和其他胸腹表面三维傅里叶条纹分析方法; 通过三频时间相位展开方法进行折叠相位展开, 在限定条件下绝对相位的误差不超过折叠相位的误差。理论分析和实验结果表明, 本文方法能实现人体胸腹表面的三维动态测量。
三维傅里叶变换 折叠相位 高斯滤波器 时间相位展开 胸腹表面 3D Fourier transform wrapped phase Gaussian filter temporal phase unwrapping thoraco-abdominal surface
1 西南科技大学 信息工程学院,四川 绵阳 621010
2 特殊环境机器人技术四川省重点实验室, 四川 绵阳 621010
3 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
针对光刻对准中产生的单幅封闭干涉条纹经相位解析后获得的包裹相位, 提出在极坐标系对其进行相位展开进而获得对准偏移量的方法.该方法首先将对准过程中两圆光栅相对移动产生条纹的相位分布从直角坐标系转换到极坐标系; 其次分析在极坐标系下对准偏移量与相位参量的关系; 最后通过取不同径向半径获得初始相位振幅与相位延迟进而求取对准偏移量.数值模拟与实验验证该方法的可行性并与传统的最小二乘与路径跟踪相位展开方法进行了对比分析.结果表明该方法对包裹相位进行展开进而达到几十纳米量级的高准确度对准, 具有很强的适应性.
信息光学 光刻 对准 相位展开 包裹相位 封闭条纹 极坐标 Information optics Lithography Alignment Phase unwrapping Wrapped phase Closed fringe Polar coordinator 光子学报
2014, 43(11): 1112002
南京工业大学 电子与信息工程学院, 南京 211816
针对经典两步相移算法对光强不均匀分布和物体不均匀反射率处理能力不强的问题, 分析相移量为90°的情况, 采用光强模型, 直接对光强进行数据操作, 利用三角关系, 给出了求解折叠相位相位半角的计算方法,通过高度-相位差公式得到物体的三维形貌数据, 避免了因归一化操作过程中取最值方法引起的误差.实验对比分析了经典四步相移法和两步移相法, 表明在环境光强可以忽略不计或足够小的情况下, 该方法误差范围为±0.2 mm, 结果优于经典两步相移法, 接近于测量误差最小的四步相移法.
光学测量 相位半角 相移法 折叠相位 反射率 光强分布分析 三维实时测量 Optical measurement Half angle of phase Phase shifting Wrapped phase Reflectivity Intensity distribution analysis Three-dimensional real-time measurement 光子学报
2014, 43(11): 1110002
1 西安应用光学研究所光学计量实验室, 陕西 西安 710065
2 空军工程大学理学院, 陕西 西安 710051
针对非球面光学元件面形检测中的欠采样问题，提出了一种欠采样包裹相位图的恢复方法。首先，将原始欠采样包裹相位图在水平和竖直两个方向进行一个像素的错位相减，得到两个包裹相位差图。其次，对这两个包裹相位差图进行解包裹运算，得到两个解包裹相位差图。最后，应用傅里叶变换和最小二乘法恢复出连续的相位分布。模拟结果表明该方法可以高精度地对欠采样包裹相位图进行恢复重建。该方法与现有干涉仪相结合，有望实现非球面光学元件面形的检测。关键词傅里叶光学；欠采样；包裹相位；剪切干涉； 傅里叶变换；最小二乘法
1 Department of Electronic Engineering, Shanghai University (Jiading Campus), Shanghai 201800
2 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentations, Zhejiang University, Hangzhou 310027
3 Department of Mechanical Engineering, Shanghai University (Jiading Campus), Shanghai 201800
4 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, The Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800
Chinese Journal of Lasers B
1997, 6(5): 441
