3D形貌测量中一种基于主成分分析的单帧投影栅算法

将主成分分析(PCA)引入投影栅形貌测量中,提出 了一种基于PCA的单帧投影栅算法。由计算机生成正弦条纹图,利用DLP投影仪投影到 被测物体表面,由CCD相机采集受物体 形貌调制的畸变条纹图并保存在计算机中进行处理。首先由采集的变形条纹图构成5帧 空域相移图;然后将多帧相移条纹图分解成不相关的主成分,由第1和第2主成分利用反正 切函数计算得到变形条纹相位信息;最后根据条纹相位的单调性,采用聚类分析法确定相位 全局符号。实验结果表明,本文算法无需确定相移量就可直接解调出与物体形貌对应的相位 数据,运算速度快,测量精度高,适用于在线三维形貌测量。     

一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法

提出了一种适合低信噪比投影栅的时空二维相移算法。首先设计四步相移正弦光栅条纹图,由DLP投影仪投影到待测物体表面,再由CCD相机采集受物体形貌调制的变形条纹图;然后对其中一幅变形条纹图进行傅里叶变换以确定抽样间隔,再对4幅相移条纹图用相移法求得条纹背景和调制幅度后,对每幅变形条纹图做归一化处理;对每幅相移条纹图在空间域进行下采样抽样和灰度插值,构建相移莫尔条纹图,得到多帧时空域相移条纹图;对多帧时空域相移条纹图按时空二维相移法处理求得莫尔相位,再将莫尔相位与抽样点相位叠加求和得到变形条纹图对应的相位数据;最后,以面膜作为样品进行了实验测量,结果表明,经典四步相移法重构的物体形貌出现明显失真,而本文方法能较好恢复物体的三维形貌。     

改进的阶梯相位去包裹算法研究

为减少投影条纹数量,提高测量速度,提出了一种 改进的阶梯相位去包裹算法。算法 采用彩色条纹投影测量物体三维形貌,将正弦和阶梯相位条纹分别输入彩色图像的红 色和蓝色通道构成彩色条纹,由DLP投影仪将四步相移彩色条纹投影到待测物体上,由彩色 CCD相机采集。利用颜色分离技术得到2组四步相移条纹图,其中一组为4幅正弦条纹,由四 步相移法求得正弦条纹包裹相位,另一组4幅阶梯相位编码条纹图,由与正弦条纹周期一致 的阶梯相位构成,经阶梯相位解码确定条纹级次,利用自校正算法去除条纹级次噪点后,实 现相位去包裹。进行了实际测量,结果表明,本方法 测量精度与采用四步相移法相当,但只需4幅条纹图,有效减少了投影和采集的条纹数量, 提高了测量速度。     

无相位去包裹的微分法三维形貌测量

提出了一种无需相位去包裹的微分算法,应用于 投影栅三维形貌测量。首先由计算机设计并生成 4幅四步相移正弦条纹图,利用DLP投影仪将其投影到待测物体上;然后由CCD相机采集受待 测物体面型调 制的变形光栅条纹图。再利用4幅四步相移变形条纹图,经数值运算求得沿水平和垂直方 向上待测物体 相位的偏导数,而相位偏导数的积分过程相当于求解泊松方程,于是利用离散余弦变换(DCT )求解泊松方程就可得 到待测物体三维形貌对应的相位数据,从而重构待测物体的三维形貌。测量结果表明,相位 解调的 标准差小于0.031rad,验证了本文方法的有 效性。     

一种改进的消零频傅里叶变换轮廓术

为提高傅里叶变换轮廓术(FTP)的测量精度和范围,提出了一种改进的消零频FTP。将两幅随机相移正弦条纹通过DLP投影仪投射到待测物体上,由CCD相机采集受物体形貌调制的变形光栅条纹图,将采集的两幅条纹图相减得到无零频的条纹差图。对条纹差图进行快速傅里叶变换(FFT)后,通过简易滤波器提取基频成分,将其与彩色条纹或复合光栅投影相结合,可实现单次投影。理论和实验证明了本方法的可行性。     

基于二维经验模态分解的五步非等步在线三维检测

提出一种基于二维经验模态分解(2DEMD)的像素匹配方法,并结合五步非等步算法应用于在线三维面形测量中。将一正弦条纹投影到在线匀速运动的待测物体上,物体运动产生等效相移,在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图。采用2DEMD方法对变形条纹图进行分解,可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像,通过大津法对其进行二值化处理,并截取可靠性较高的区域作为像素匹配模板进行像素匹配,使各帧条纹图中物点一一对应并计算出相应的等效相移量。再利用五步非等步相移算法解相可得到截断相位,采用相位展开算法得到连续相位,利用相位高度映射公式可恢复出被测物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性。     

基于一维经验模态分解的非等步在线三维面形测量

提出一种基于一维经验模态分解(EMD,empirical mode decomposition)的像素匹配方法,应用于在线三维面形测量。首先由计算机产生一固定正弦光栅条纹图,利用DLP投影仪投射到被测物体表面,物体在线运动将产生等效相移,由CCD相机采集5帧任意步长的受物体面形调制的变形条纹图。由于物体的运动使得几帧变形条纹图中的物体像素不对应,因此需要对变形条纹图进行像素匹配。通过对采集到的5帧变形条纹图进行一维EMD,可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像分布,然后通过大津法对其进行二值化处理,并截取可靠性较高的部分作为像素匹配模板进行像素匹配,计算出相应的等效相移量。最后利用五步非等步相移算法解相,并恢复出被测物体的三维形貌。计算机仿真与实验验证了本文方法的有效性。     

三步非定步长相移轮廓术研究

移相式相位轮廓术的关键在于相移量的检测、提取。只有正确地提取出相移量才能提高测量的精度，降低测量系统的复杂性。在对非定步长相移轮廓术研究的基础上，提出了一种新的投影栅相位测量方法——三步非定步长相移法，只需相移光栅两步并获取66幅条纹图，即可完成非定步长解调相位的工作。该方法无须精确的相移器，计算过程相对简单并且速度快。并且给出了与Kong-Kim算法实验及计算结果的比较，证明该方法具有较高的精度。     

条纹投影动态3维测量中相位高精度估计

为了提高条纹投影动态3-D形貌测量精度, 采用加窗傅里叶分析辅助相移的方法来减小运动导致的相移误差。首先采用加窗傅里叶分析法估计变形条纹间的实际相移量, 然后采用最小二乘法估计出变形条纹的高精度相位分布, 最后由估计的相位计算得到场景3维形貌。理论分析了物体运动对相移量的影响, 通过仿真研究了所提方法的相移量估计精度, 并搭建了实验系统进行验证。结果表明, 实验中采用所提方法的相位恢复精度达到0.1673rad, 比现有方法有明显提高。该方法用来提高条纹投影动态3-D形貌测量中相位精度是有效的。     

改进格雷码条纹投影三维测量方法

传统的格雷码加相移法已经广泛应用于三维测量,但是相位解包裹一般需要投影多幅格雷码条纹,如何实现快速、准确的三维测量仍具有一定挑战性。提出了一种基于几何约束的改进格雷码条纹投影三维测量方法,可以有效减少格雷码条纹的数量。为了实现高速条纹投影,使用二值抖动技术将8位正弦相移条纹转换为1位二值图像。总共使用六幅条纹图像,其中三幅相移条纹用于计算截断相位,三幅格雷码条纹用于对截断相位进行初步展开获得伪展开相位,最后利用几何约束对伪展开相位进行解包裹获得绝对相位。实验结果表明,所提方法可以有效地重建被测物体的三维形貌。     

几何位相非线性变化的实验研究

本文报道了Pancharatnam位相非线性变化的实验研究，实验结果与理论预言符合得很好。Pancharatnam位相的这种非线性可能在光开关中得到应用。     

DRFM相位校正技术研究

DRFM复制信号的相位不连续会破坏输出信号的相干性，影响干扰效果。将信号取样的起始和终止相位之差记录下来，并在信号复制时进行相位补偿的新技术，可以消除复制信号首尾相位差，并简化电路。3比特相位DRFM中相位校正的精度优于π／4。     

基于线性移相误差的[WT《A》]N步移相算法

移相误差是影响移相干涉术测量精度的主要来源,针对移相器的线性移相误差,文中提出一种新型的移相干涉术算法-N步移相算法。该算法通过最小二乘法估计出移相器做等步移相时的实际移相相位,利用上述估计值代入相位计算公式获得被测物体的相位分布。同时对该算法进行仿真研究,其结果表明,算法能准确地估计移相相位,获得被测物体的精确相位分布,并可实现λ/100的高精度测量,且在测量精度上明显优于其他算法。     

提高相位干涉仪测向精度与改善测角范围的探讨

简单介绍单基线相位干涉仪测向的基本原理，针对其测向范围与测向精度的矛盾，利用多基线相位干涉仪即可解决这一矛盾，既能增大测向范围，又可以达到高的测向精度，关键在于如何解相位模糊问题，文章给出一种解模糊的方法。     

和差两路相位不平衡性探讨

对和差两路相位的形成、影响相位不平衡性因素进行详细的分析，并在此基础上，提出减小和差两路相位差的方法。     

一种改进的射频相位校准方法

根据微差变频移相原理,提出了一种射频相位校准的新方法.该新方法采用固定电长度,微小改变信号频率实现移相的新途径对射频相位进行校准.理论分析和实测结果证明,此新方法能提高射频相位的校准准确度,在实际工作中有一定的实用性.     

基于相位测量法测量透射式相位光栅的表面形貌

建立了一套基于马赫-曾德尔干涉仪的测量系统,获得了透射式相位光栅的相位信息并推算出光栅的表面形貌。给出了相位测量法的基本原理,运用傅里叶变换法和相位解包裹技术,对实验系统采集的干涉图的相位信息进行处理并计算出光栅的高度、周期和底角等结构参数。结果表明,该测量方法和系统能够精确地测量光学相位元件的表面形貌,具有较高的实用价值。     

卫星通信地球站终端设备锁相源相位噪声分配方法

提出一种单路单载波卫星通信地球站终端设备中各锁相源相位噪声的分配方法，并联系地球站终端设备的研制任务给出一个实例。     

Frequency Independent Nonlinear Feedforward Phase Estimator

The major focus of this work deals with fast and efficient phase estimation in an additive white Gaussian noise environment, where the received signal is a function of both phase and frequency error (, ). The paper proposes a modified version of the Viterbi and Viterbi phase estimator, and compares this modified version with the original. The comparison is performed in terms of two criteria – estimator variance and phase ambiguity resolution. Results suggest that the new estimator has a lower variance than the original technique when a frequency error is present. In addition, when the frequency is perfectly synchronized, the two estimators yield similar performances at moderate to high levels of signal-to-noise ratios. Phase ambiguity resolution by unique word preambles is also investigated. Although the new estimator requires additional processing to resolve ambiguity, its probability of resolution error is shown to be almost the same as for the V & V estimator.     

鉴相方法的分析与比较

简要介绍了干涉仪测向中模拟和数字两种相位差测量方法,重点对这两种方法的测向误差进行了分析,最后对鉴相方法进行了比较。