1 安徽农业大学工学院，安徽 合肥 230036
2 安徽省智能农机装备工程实验室，安徽 合肥 230036
3 中国科学院合肥技术创新工程院，安徽 合肥 230094
相移法广泛应用于条纹投影轮廓术，可以实现静态物体的高精度三维测量。然而物体运动会改变相邻条纹间的相移量，进而引入周期性的运动误差。针对上述问题，提出一种基于彩色条纹投影的运动物体三维测量方法。该方法将余弦条纹和正弦条纹分别编码至彩色图像的红色通道和蓝色通道，然后利用相移算法从两个颜色通道中提取两个具有反向运动误差的相位图，最后通过计算平均相位图补偿周期性运动误差，并进一步分析了颜色串扰对该方法的影响。仿真和真实试验结果均表明，所提方法能够有效地抑制运动误差，实现准确的运动物体三维测量，而且受颜色串扰影响较小。
三维测量 彩色条纹投影 相移法 运动误差 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011013
在光纤通信领域，载频的不同步将导致数据传输至终端无法解调，为实现载频信号在光纤上的稳定传输，设计了一个自适应相位补偿系统。该系统结合模拟电路和数字信号处理技术，利用信号分频、混频等手段，将信号在往返传输过程中引入的双程相位抖动转变为单程相位抖动，采用单次模拟相移进行预补偿。通过引入 PID 控制算法，对移相电压进行准确调控，提高了系统补偿的准确性和稳定性。分析了环境温度对链路时延的影响，对比了补偿后与自由传输状态下远端信号的相位漂移。结果表明，在该补偿系统的作用下，链路时延抖动稳定在 15 ps 内，远端信号的长期稳定度达到 6.9×10-19/104 s。对同一温度变化模型进行了不同距离用户端自适应相位补偿系统的性能对比分析，结果表明本方案在预热 30 s 内均可达到稳态，并实现有效补偿。该系统对长距离光纤频率传递技术有着支撑作用。
光纤传输 频率同步 模拟相移 相位补偿 自适应性 optical fiber transmission frequency synchronization simulated phase shift phase compensation self-adaptability
1 武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081
2 武汉科技大学机器人与智能系统研究院，湖北 武汉 430081
德布鲁因序列常被用于结构光条纹的编码，但是序列中相邻的相同码元会导致在相同颜色区域内难以确定码元个数以及每个码元的确切编码范围。为了解决这一问题，提出一种邻接跳变德布鲁因序列，该序列在保留子序列唯一性的基础上保证了相邻码元的相异性。首先，证明了所提出序列的存在性，并给出了其生成方式。然后，将该序列用于相位周期级次编码，结合正弦相移条纹设计了一种彩色条纹编码方法。在解码阶段，按颜色通道分别提取、计算得到包裹相位和相位周期级次，最终获得展开相位。实验结果表明，所提方法与传统相移法有相似的测量精度，且仅需要4幅投影图像即可完成三维测量，显著提高了测量效率。
测量 德布鲁因序列 结构光 相移测量
1 东北电力大学 理学院，吉林 吉林 132012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了平衡相位计算的精度和速度，大量的两步随机相移算法发展起来。提出了一种基于主成分分析和VU分解法的快速、高精度两步随机相移算法。首先，采用两步主成分分析法对经过滤波的两幅相移干涉图进行计算求出迭代初始相位；然后，利用没有滤波的两幅相移干涉图进行VU分解、迭代求出最终相位。通过模拟和实验结果对比表明：与四种性能良好的两步随机相移算法相比，对于不同的条纹类型、噪声、相移值及条纹数量，提出的算法综合性能最好，其精度最高，有效相移范围和有效条纹数量范围最大，当干涉图像素数为401 pixel×401 pixel时，提出的算法仅比格兰-施密特正交化法和两步主成分分析法多花费0.035 s。在理想情况下，提出的算法可以得到完全正确的结果。如果需要得到较高精度，最好能够提前抑制噪声，同时设置相移值远离0和π，条纹数量大于2。主成分分析和VU分解法无需滤波，花费近似非迭代算法的时间获得迭代算法的精度，其打破了迭代算法花费时间较多的限制，适合高精度光学在线检测，有广泛的发展前景。
测量 干涉 相移算法 迭代算法 主成分分析 measurement interferometry phase-shifting algorithm iterative algorithm principal component analysis 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230596
河南工业大学信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
相移轮廓术由于其高测量精度和高鲁棒性已广泛应用于各个领域。然而，由于需投射多幅条纹图到物体表面，因此要求物体在测量过程中保持静止。另一方面，当重建高反光运动物体时，不仅出现过曝光现象，过曝光位置还将随着物体运动而变化，对测量提出了挑战。基于此，提出一种测量高反光运动物体的算法。过曝光位置随着物体运动变化意味着并非所有条纹图都存在过曝光。首先，投射双频率条纹图到运动物体表面并拍摄。其次，识别所有条纹图中的过曝光区域，并记录物体上每一点的非过曝光条纹图。再次，基于非等间隔相移的非过曝光条纹图进行相位提取，获得双频率相位分布。最后，对双频率相位分布进行运动补偿，并基于双频率解包裹算法实现正确解包裹，完成高反光运动物体三维重构。实验结果表明，该算法能有效减小高反光运动物体引起的测量误差，具有较高的工业应用价值。
条纹分析 三维重构 相移轮廓术 高动态范围 过曝光 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0412005
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
红外与激光工程
2023, 52(12): 20220891
针对无法实现先验的边缘检测场景，并解决边缘提取效率过低的问题，提出一种更高效的基于傅里叶单像素成像的亚像素级边缘检测方法。该方法结合快速傅里叶单像素成像，减少图像算法的相移步数，在原有四步相移的基础上分别实现了三步相移与两步相移边缘检测。该算法上的改进能够在同等采样数下扩大参与边缘提取的频谱宽度，从而提升边缘提取效率。数值仿真结果表明，与四步相移亚像素级边缘检测相比，无噪声条件下两步相移在 655~13100次左右的采样数区间内峰值信噪比增长幅度高出 2.27dB，噪声条件下低于 0.054噪声浮动比率时两步相移方法可以获得比四步相移更高的边缘提取质量。该方法可以一定程度上提升边缘提取效率，同时促进单像素成像领域与图像处理方向的技术交叉和应用化发展。
单像素成像 边缘检测 傅里叶变换 相移算法 亚像素平 single pixel imaging edge detection Fourier transform phase shift algorithm sub-pixel translation
光切片结构光显微的三维测量速度一直是该技术应用方面的重要关注点。基于光切片的三维测量方法需要在同一个轴向位置进行至少两次曝光, 才能获得该位置的光切片信息。文章提出一种单次曝光的结构光显微三维测量方法, 在轴向扫描的每个位置只需拍摄一幅结构光显微图像, 相邻轴向位置的条纹存在一定的相移; 然后分析每个像素对应的轴向灰度曲线, 计算轴向调制度并定位峰值; 最后进行标定和换算, 便可得到样品的三维重建结果。实验证明, 所提方法可以得到与光切片方法相当的测量精度, 测量效率和图像处理效率都比光切片法有很大提升。
结构光显微 调制度分析 相移法 三维测量 structured illumination microscopy modulation analysis phase shifting method three-dimensional measurement
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 西北大学 信息科学与技术学院, 陕西 西安 710127
该文提出了一种基于声表面波延迟线的相位解调器, 其原理是利用声表面波延迟线将调相信号转换为调幅信号, 并采用“延迟相加”的方法进行解调。该延迟线实现了频率2.695~3.000 GHz内1 μs的延迟时间, 解调器可以实现调制速率为500 kHz和1 MHz的二进制相移键控(BPSK)调制信号的解调。
解调器 表面延迟线 二进制相移键控 延迟相加 声电转换 demodulator surface acoustic wave delay line binary phase shift keying (BPSK) delay addition acoustic-to-electric conversion
