产业技术综合研究所分析测量标准研究部门，日本 筑波 305-8568
相移法是分析条纹图案相位信息的一种有力工具。介绍新开发的时空域相移法（ST-PSM）的基本原理和在非接触式三维形状测量中的应用。模拟结果表明，ST-PSM可以大幅减少随机噪声，同时可以消除图像传感器的非线性响应、动态范围小等对测量结果的影响。实验结果表明ST-PSM在曝光极端不足的条件下可以进行稳定的非接触形状测量。
三维光学测量 相位分析 傅里叶变换 时空分析 形状测量 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811024
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
四川大学电子信息学院光电系,四川 成都 610065
正交光栅投影的相移轮廓术(PSP),可通过某一特定方向的相移(常利用相移调节因子来控制相移方向),获取两个相互正交的相位。但该方法对系统的非线性响应敏感,且目前尚未被深入讨论。为此,分析了系统的非线性响应对正交光栅相移轮廓术测量的影响,推导了带有非线性误差的相位表达式,并分析了两个方向相位相互串扰的原因。在此基础上,分别研究了抑制非线性误差的主动校正法和被动校正法,提出了可消除2阶非线性误差的双5步相移法,并利用基于统计分析的伽马校正法确定系统伽马值,主动改变正交条纹编码来抑制非线性误差。同时,完成了两种方法的对比,计算机仿真和实验结果表明,主动伽马校正法更实用。
测量 相移轮廓术 正交光栅投影 非线性分析 相位分析 相位误差校正 光学学报
2021, 41(14): 1412002
1 大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁 大连 116024
相位去包裹问题广泛存在于条纹投影形貌测量中。提出了一种相移编码去包裹方法,该方法在求解相位时使用多步相移法,并在额外的一幅编码图像中,将标记条纹级数的编码嵌入到相移量中。解码时,通过分析各像素点处不同相移的光强信息序列,可以求解该点处的编码相移量,从而获得绝对相位。该方法只需要少量图像,且可以逐点去包裹,适用于不连续物体的形貌测量,但是容易受到投影仪和相机的噪声影响。通过增加互补的编码条纹图像,提出了一种改进的相移编码去包裹方法,在实现不连续物体形貌测量的同时,显著增强了噪声鲁棒性。经过仿真分析和实验,验证了所提的相移编码去包裹方法的有效性。
测量 噪声分析 相移编码 去包裹 条纹投影法 相位分析 光学学报
2020, 40(23): 2312002
1 暨南大学 光电工程系，广东 广州 510632
2 华南农业大学 物理系，广东 广州 510642
文中提出了一种基于相移条纹图相位分析的广角镜头畸变校正方法。首先，用大尺寸液晶平板显示器显示四幅相移量为π/2的余弦条纹图作为校正模板。然后，用广角镜头相机拍摄该校正模板，获得四幅畸变条纹图，使用四步相移算法解调径向畸变条纹图的相位分布。由于经广角镜头成像的图像中心区域几乎无畸变，利用图像中心无畸变的相位值进行数值拟合得到径向无畸变条纹图的相位分布，作为求解径向畸变相位的基准，也就是径向畸变相位分布可以根据径向畸变条纹图的相位分布与径向无畸变条纹图相位分布相减得到，再将畸变相位转换成实际的畸变量。提出的方法不需要通过特征点或特征线确定畸变模型，可以直接计算畸变图像中每个像素点的畸变量。实验结果表明，提出的方法简单、有效，具有广泛应用价值。
畸变校正 广角镜头 条纹相位分析 distortion calibration wide-angle lens fringe-pattern phase analysis 红外与激光工程
2020, 49(6): 20200039
条纹花样的单帧相位解调算法在实时、动态测量技术中具有广泛应用。次条纹积分算法具有较高抗噪能力, 但其采用载频近似估算形变条纹周期时存在频率失配的固有缺陷, 提出一种改进的次条纹积分算法, 对条纹的局域频率进行探测, 利用局域频率进行次条纹积分, 然后再计算相位。模拟实验表明, 改进算法的最大误差约为原算法的1/3, 并通过条纹投影轮廓术实验进一步证明了改进算法的有效性, 为单帧条纹相位分析技术提供了一种可供选择的新算法。
条纹相位分析 相移 相位测量 局域频率 fringe phase analysis phase shift phase measurement local frequency
为了测量光学成像像面各个像素的径向畸变大小，提出将小波变换载频条纹相位分析应用于径向畸变测量。采用正弦载波条纹作为测量模板，把径向畸变转化为径向调制相位。应用条纹相位分析导出径向调制相位和径向畸变的转化关系。采用小波频率估计和相位估计提取变形条纹的相位，由于变形条纹中心点是零畸变，中心点的瞬时频率和相位可以计算参考条纹的基频相位。两种基频相位之差就是与所有像素径向位置畸变分布对应的三维调制相位称为径向畸变分布。利用校正公式和立方卷积插值算法对彩色畸变图像进行校正，给出详细的理论分析和实验结果。
测量 畸变测量 载频条纹相位分析 小波变换 径向畸变
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
光刻对准中，一般将硅片和掩模对准标记制作成周期接近的光栅,通过光栅标记叠加形成的叠栅条纹的相位信息,探测掩模和硅片的相对位置关系。在实际的应用中，叠栅条纹的方向不仅与对准标记的几何位置有关，而且还与CCD的位置有关。为了将叠栅条纹的光刻对准方法推向实际应用，从矩形光栅到叠栅条纹，分析了一般光栅的相位分布规律。根据叠栅条纹相位特性分析了掩模、基片和CCD的几何位置对对准精度的影响；建立了实际对准偏差与理论值的数学关系模型。研究表明，没有角位移的情况下，当位移值小于0.4 pixel时，理论上最大对准误差低于0.002 pixel。
测量 光刻对准 角位移 叠栅条纹 相位分析
1 东南大学江苏省工程力学分析重点实验室, 江苏 南京 210096
2 南京理工大学工程力学系, 江苏 南京 210094
提出了基于单幅彩色条纹投影的不连续物体及动态三维形貌的测量方法。该方法利用计算机产生一幅正弦条纹图和两幅单一强度图分别通过红蓝绿三个通道合成为一幅彩色条纹图，由液晶投影仪投影到被测物体表面，彩色CCD采集变形条纹图并保存在计算机中。通过三色分离，同时获得正弦条纹图和反映表面反射率分布及背景信息图，通过图像除法运算及亚像素精度归一化处理实现物体三维形貌的恢复。对于表面形貌不连续的物体，利用蓝色分量的灰度图像进行二值化处理定位阴影或暗背景，从而引导正确的相位求解。实验验证了该方法对不连续物体动态测量方面的可行性。
测量 三维形貌测量 彩色条纹投影 相位分析 亚像素灰度插值 不连续信息引导图
