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两步相移实现投影栅相位测量轮廓术

光学学报 2003年第1期23卷 75-79页

作者：康新何小元东南大学土木学院工程力学系南京210096

提出一种新的投影栅相位测量方法———两步相移法。该方法只需两幅相移条纹图 ,因此计算量小 ,速度快。给出了实验及计算结果 ,并同四步相移法进行了比较 ,证明了该方法具有较高的精度。

关键词：两步相移投影栅光学测量相位测量轮廓术三维形貌测量图像处理

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一种改进的施密特正交化两步相移算法

中国激光 2015年第6期42卷 231-237页

作者：牛文虎钟丽云孙鹏罗春姝吕晓旭华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室广东广州510006

提出了一种基于施密特正交化的两步相移算法的改进方法。通过高斯高通滤波器滤除干涉图的直流项,再将两幅滤波后的干涉图的强度进行施密特正交化,并根据两个正交向量的模之间的反正弦关系提取相移量。在两步相移干涉测量中,当两幅干涉... 详细信息

提出了一种基于施密特正交化的两步相移算法的改进方法。通过高斯高通滤波器滤除干涉图的直流项,再将两幅滤波后的干涉图的强度进行施密特正交化,并根据两个正交向量的模之间的反正弦关系提取相移量。在两步相移干涉测量中,当两幅干涉图之间的相移量值确定后,可以通过一个反正切函数来恢复待测相位。模拟计算和实验研究的结果表明:与现有的几种两步相移算法相比,所提出的方法不仅可以准确地提取相移量,并且可以快速地恢复待测相位,在相位测量领域具有广泛的应用前景。

关键词：测量干涉测量两步相移相位恢复

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提高数字全息再现像像质的两步相移迭代算法

光学学报 2008年第12期28卷 2292-2295页

作者：吴友朋刘祥萱王红霞西安高科技研究所503教研室陕西西安710025 西安高科技研究所物理教研室陕西西安710025

在两步相移数字全息术中,相移误差直接影响着零级像和共轭像的消除。为了消除相移误差,获得实际相移值,提出了一种基于相位统计特性的两步相移迭代算法。首先利用全息图的相位统计特性计算出初始相移值,然后用数字全息图再现像抽样点强... 详细信息

在两步相移数字全息术中,相移误差直接影响着零级像和共轭像的消除。为了消除相移误差,获得实际相移值,提出了一种基于相位统计特性的两步相移迭代算法。首先利用全息图的相位统计特性计算出初始相移值,然后用数字全息图再现像抽样点强度偏差之和作为评价标准,通过迭代计算寻找参考光的真正相移值。该算法能对任意未知相移量进行提取,从而有效地消除零级像和共轭像,提高了再现像质量。理论分析和光学实验结果证明了该方法的可行性和有效性。

关键词：数字全息两步相移相移误差迭代算法数字再现

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基于两步相移的非相干数字全息显微技术

激光与光电子学进展 2017年第4期54卷 126-132页

作者：李滢滢秦琬高志彭翔深圳大学光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室广东深圳518060 深圳职业技术学院电子与通信工程学院广东深圳518055 美国克莱姆森大学生物工程系南卡罗来纳州美国克莱姆森29634

基于小波变换抑制偏置量,并利用初始图像消除噪声,进行非相干全息两步相移重现。给出了全息图重现及抑制偏置量计算的具体表达式。实验搭建了基于空间光调制器的非相干数字全息显微系统,给出基于三步相移技术和两步相移技术的数字全息... 详细信息

基于小波变换抑制偏置量,并利用初始图像消除噪声,进行非相干全息两步相移重现。给出了全息图重现及抑制偏置量计算的具体表达式。实验搭建了基于空间光调制器的非相干数字全息显微系统,给出基于三步相移技术和两步相移技术的数字全息图和重现结果,并对比了两种不同方法的两步相移重现结果。对荧光显微颗粒拍摄了两张全息图,并在不同平面实现了数字重聚焦。两步相移相比三步相移成像速度大大提高,为活体细胞动态三维成像提供可能。实验结果表明利用小波变换及初始图像能够更有效地抑制偏置量并消除噪声,在不增加相移次数的前提下,提高两步相移的再现像质量。

关键词：全息非相干全息小波变换两步相移荧光全息显微

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基于两幅光栅条纹投影的三维轮廓术

基于两幅光栅条纹投影的三维轮廓术

作者：刘业鹏山东大学

学位级别：硕士

三维投影栅线轮廓术由于具有全场测量,耗时短,精度高等优点,因此在实际生活、工业生产、医学检测等很多领域得到广泛应用。在基于三维物体投影栅线轮廓术中,相移法和傅里叶变换法是两种重要的相位解调方法。其中相移法由于需要采集多幅... 详细信息

三维投影栅线轮廓术由于具有全场测量,耗时短,精度高等优点,因此在实际生活、工业生产、医学检测等很多领域得到广泛应用。在基于三维物体投影栅线轮廓术中,相移法和傅里叶变换法是两种重要的相位解调方法。其中相移法由于需要采集多幅相移投影条纹图,因此不适应动态变化物体的三维形貌测量。傅立叶变换法虽然只需采集单幅投影光栅条纹图,就可恢复出待测物体的三维形貌,但在实际操作时,存在频谱泄漏,频谱分离,滤波窗口函数选择等许多问题。为提高投影栅三维形貌测量的速度和精度,本文针对三维形貌测量中仅需两幅图像的投影栅三维形貌相位解调技术进行研究,主要内容如下：1＞介绍了任意步长两步相移投影栅线轮廓术的原理。首先对光栅图像进行去除直流DC成分处理,然后基于2幅光栅图滤波处理提取相移量,最后按已知相移量的2步相移法进行相位解调。理论分析和实验测量验证了该方法的有效性。同时发现其中的不足之处,为两步相移投影栅线轮廓术算法的下一步研究提供了基础。2＞提出并实现了一种改进的两步相移投影栅线轮廓术。该技术利用最小二乘参数估计法提取变形光栅条纹图的背景和调制度,完成对变形条纹的正则化处理,利用投影条纹统计特性和反余弦处理求取相移量,最后由相移量和2幅正则化栅线图,计算相位数据,理论模拟和对比测试实验验证了该方法的正确性。3＞将自适应性经验模态分解（英文全称Empirical Mode Decomposition,简称EMD）算法引入,EMD算法将信号按时间尺度分解为有限个局部特征信号。本文提出并实现了基于EMD滤波的两步相移投影栅线相位解调算法,并对该方法进行了模拟和实际测量验证。4＞介绍了基于快速莫尔算法的两幅光栅图像三维形貌测量方法,该方法只需采集一幅待测物体变形光栅条纹和一幅参考光栅条纹。首先对两幅光栅条纹进行滤除直流成分处理,然后对消除了背景成分的2幅光栅图通过相乘处理,得到莫尔条纹图,并通过低通滤波获取物体形貌对应相位数据,实现三维形貌相位解调,最后通过实验验证了该方法的有效性。针对滤波去除背景问题,提出并实现了基于EMD白适应分频的快速莫尔算法,并进行了模拟和实际测量验证。5＞设计并开发了基于两幅光栅条纹投影的三维形貌检测处理软件,实际测试证明了该软件的正确性和可行性。

关键词：投影栅线轮廓术两步相移 EMD 快速莫尔算法

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结合条纹投影和光场的三维成像技术研究

结合条纹投影和光场的三维成像技术研究

作者：毛家琦山东大学

学位级别：硕士

三维成像技术能够对现实物体进行数字化三维重建,是连通真实世界与数字世界的纽带,已经被广泛地应用于生产和生活的诸多领域。作为主动光学三维成像的代表性技术之一,条纹投影轮廓术具有非接触、系统简单、测量精度高、速度快等优点,相... 详细信息

三维成像技术能够对现实物体进行数字化三维重建,是连通真实世界与数字世界的纽带,已经被广泛地应用于生产和生活的诸多领域。作为主动光学三维成像的代表性技术之一,条纹投影轮廓术具有非接触、系统简单、测量精度高、速度快等优点,相关的基础理论已经比较成熟,应用也日趋广泛。然而在进行特定需求的三维测量时,其在信息获取和处理效率、成像动态范围、数据完整性等方面需要进一步提升。作为成像领域的新兴技术,光场成像技术突破了传统成像的范畴,能够同时获取包含位置和方向在内的四维光场信息,为光学三维测量提供了新思路。本论文首先简要介绍了光学三维测量中的几种典型技术和发展趋势,概括了光场成像技术的研究现状。以此为基础,围绕光场三维成像技术和条纹投影中的相位提取方法展开研究。充分利用相位编码和光场成像各自的优势,提出了结合条纹投影的主动光场三维测量方法,旨在解决被动式光场三维测量中过于依赖表面纹理信息的问题。为了提高条纹投影中数据的采集效率,基于条纹投影轮廓术的工作机制,提出了基于两步相移的相位恢复算法并验证了其可行性。本论文的主要研究成果包括:将相位编码引入光场三维成像,应用极平面图分析经过相位编码的四维光场数据,实现场景的深度重建。利用光场相机和数字投影仪搭建主动光场三维测量系统,在纹理缺失区域仍然实现了准确的三维重建。从条纹投影轮廓术的工作机制出发简化条纹图的光强表达式,由此提出相位恢复的两步相移算法,建立了求解相位的线圆模型。应用相位的单调性选择模型的正确解,并利用插值算法补偿离散采样造成的相位选择误差。定性分析背景光的影响,由此对两步相移模型进行修正,并通过条纹对比度优化相位求解误差。将两步相移算法推广至任意相移量,通过实验验证了算法的有效性。

关键词：条纹投影三维测量光场成像两步相移对比度优化

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基于消偏振分光棱镜的同步相移干涉系统研究

基于消偏振分光棱镜的同步相移干涉系统研究

作者：张嘉成哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

相移干涉术是一种具有超高精度的光学相位测量技术,传统的时域相移干涉仪由于其不稳定性已逐渐被同步相移干涉仪取代,同步相移干涉仪能瞬间采集多幅相移干涉图像,正因这种实时性,其抗环境干扰能力大大提高。然而,一次采集多幅干涉图会... 详细信息

相移干涉术是一种具有超高精度的光学相位测量技术,传统的时域相移干涉仪由于其不稳定性已逐渐被同步相移干涉仪取代,同步相移干涉仪能瞬间采集多幅相移干涉图像,正因这种实时性,其抗环境干扰能力大大提高。然而,一次采集多幅干涉图会导致相机视场的利用率降低,而两步相移同步干涉仪只需记录两幅干涉图,从而提高了相机视场的利用率。本文设计了一种基于消偏振分光棱镜的两步相移同步干涉系统,具体内容如下:首先,研究了偏振光的琼斯矩阵,推导了偏振相移所需的偏振片与1/4波片的琼斯矩阵,并分析了偏振相移干涉的原理。其次,设计了一种使用偏振相移技术的两步相移同步干涉系统,介绍了该系统的结构及原理,再从干涉、分光、相移与图像采集四个部分给出具体的设计思路。干涉部分采用了泰曼-格林型干涉结构,使用一个消偏振分光棱镜替代传统的泰曼-格林同步相移干涉系统中的两个1/4波片,消偏振分光棱镜对偏振态很不敏感,保持物光与参考光偏振态不变,从而保证了偏振相移干涉所需的两束正交偏振光。分光部分采用了消偏振分光棱镜与反射镜组合的结构,该结构分光比一致,比起高质量的光栅,其性价比高。根据设计的结构搭建了相应的实验装置,同时采集到了两幅相移量为π/2的相移干涉图像,此图像条纹对比度好,且条纹存在明显的相移。最后,研究了四种相位提取算法以及两种相位解包裹算法,通过仿真及实验对这几种算法进行了分析比较。利用本文设计的系统对平面元件表面进行多次测试,相位解包后得到表面形貌,结果表明,在实验室条件下,重复测量结果的均方根误差小于0.015λ,证明了本文的系统具有良好的稳定性和可行性。

关键词：同步相移两步相移偏振干涉相位提取相位解包

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相移干涉数字全息技术研究

相移干涉数字全息技术研究

作者：位文广河南大学

学位级别：硕士

相移干涉数字全息显微技术是近年来发展起来的一种与数字技术相结合的用于微小物体显微成像的新技术。它主要利用光敏器件(如CCD、CMOS等)取代传统的光学全息干板对被测样品的全息图像进行记录并将其存储于计算机,然后利用特定的数学算... 详细信息

相移干涉数字全息显微技术是近年来发展起来的一种与数字技术相结合的用于微小物体显微成像的新技术。它主要利用光敏器件(如CCD、CMOS等)取代传统的光学全息干板对被测样品的全息图像进行记录并将其存储于计算机,然后利用特定的数学算法对其进行处理,计算出被测样品的三维形貌并在计算机中数值再现,从而实现被测样品的显微成像。这种方法因其具有的速度快、全场测量、非接触、实时、无需对样品进行特殊处理等特点,在形貌检测、纳米器件检测、生物观察、粒子场分析等诸多领域得到了越来越广泛的应用,因而成为了当前光学测量领域的研究热点。相移干涉数字全息术的基本思想是在全息干涉过程中通过在参考光中附加相移来改变物光与参光之间的相位差,从而获得若干幅相移干涉全息图并对其进行记录,然后在计算机中利用相应的数值算法对物光场的复振幅分布进行再现,最后达到相位重建及三维显微成像的目的。通过相移的方法能够消除全息再现过程中孪生像和零级像的干扰问题,改善再现像的质量。本文着眼于实用的数字全息系统的构建,重点研究相移干涉数字全息术,并完成了以下研究工作:1、对相移数字全息的产生和发展进程进行综述。对各种显微测量技术进行汇总归纳。介绍了相移数字全息显微的研究背景。介绍和分析了相移数字全息的特点和当前研究热点。对相移数字全息的一些基本知识进行了梳理,主要包括相移的概念、相移干涉的基本原理、相位包裹与解包裹等,为后续研究提供必要的理论支撑。2、对四步相移法、三步相移法、传统两步相移法等基本相移算法进行了研究。对偏振相移法、波片组合相移法的系统组成和基本原理进行了介绍。利用偏振相移法、波片组合相移法等相移实现方法对各种基本相移法进行了实验验证与模拟仿真验证。对偏振相移法相移误差进行了分析,并对存在相移误差的情况下,对各种相移算法相位重建误差进行了研究。3、研究了微分两步相移算法。针对传统两步相移实际应用中存在的不足,结合两步相移算法的优点和光学传递函数的特殊性质,构建了一种微分两步相移算法。对微分两步相移算法的理论进行了详细介绍。利用MATLAB软件对其有效性进行了仿真和模拟验证。搭建光路系统进行实验验证。以微透镜阵列为待测样品进行实验,完成了相位重建。对存在相移误差情况下微分两步相移法的相位重建误差进行了分析研究。4、研究了同步相移算法进行。详细介绍了分光棱镜的相移原理。与前述微分两步相移方法相结合构建了一种新型同步相移算法。并对其基本原理进行了介绍。初步搭建了实验光路进行验证。并对其中出现的问题进行了分析与研究,利用MATLAB软件进行了模拟验证。进而对光路进行了一定改进。将微透镜阵列作为待测物体进行了实验验证。对实验结果进行了分析。

关键词：数字全息全息显微相移干涉相位重建相位解包裹两步相移同步相移