相位解包裹中欠采样问题的实验研究

为了解决相位解包裹时由于相位变化快而出现的欠采样问题,采用剪切干涉的原理建立光场,利用加权离散余弦变换算法求解泊松方程的方法,实现了对横向剪切最小二乘相位解包裹算法的改进。在理论分析的基础上给出了具体的相位解包裹算法,并通过实验研究验证了改进后算法的可行性。结果表明,改进后的算法能够有效地避免由相位变化过快带来的欠采样问题。     

横向剪切最小二乘相位解包裹算法的改进

对存在欠采样的包裹相位进行解包裹一直是一个难点,尽管横向剪切最小二乘相位解包裹算法有不错的抗欠采样能力,但当存在严重欠采样时,该算法还是不能得到令人满意的结果。针对这个问题作了分析,并通过引入二次剪切的方法改进了横向剪切最小二乘相位解包裹算法,通过模拟计算和实验验证,证明改进后的算法是正确和有效的,该算法可以保证当包裹相位二阶离散导数的绝对值不大于π时能得到正确的解包裹结果。     

基于k值取整的二向剪切相位解包裹算法的研究

针对已有的解包裹算法依旧不能对存在严重欠采样 和较强噪声的包裹相位进行精确解包裹,为了处理受 到噪声污染、严重欠采样的包裹相位图,本文提出了一种基于k值取整二向 剪切的新型相位解包裹算法。 将横向剪切干涉技术和迭代算法进行了改进,得到的新算法,一方面提高了对严重欠采样 包裹相位的处 理能力;另一方面加快了迭代的收敛速度,其所需时间和离散余弦变换(DC T)法接近。在新算法中,引入k值取 整,可以更加精确求解出真实相位,从而提高了新算法的抗噪性能。通过与改进的最小二乘 (LBS)算法进行对比, 新算法的性能优于其它算法。实验结果表明,本文提出的新算法,不仅可以处理严重欠采样 的包裹相位图,还具有很强的抗噪性。     

横向剪切原理在投影栅去基频中的应用

基于投影栅的3维面形测量中,包裹相位的提取过程中不可避免地会引入载频分量。为了准确地还原受物体3维形貌所调制的真实相位,必须要消除载频相位,采用剪切原理消除投影栅中的载频,首先通过对光场作剪切转化为相位梯度分布的新光场,再联合最小二乘解包裹算法进行相位展开,并与现有的方法进行了对比。结果表明,该方法能够有效地消除载频,减小重建误差,且其算法简单,可使重构相位值更接近待测的真实相位值。该方法在投影栅去载频的研究中是可行和有效的。     

像面数字全息显微中的相位解包裹算法研究

为了快速准确地恢复出由像面数字全息显微术(IPDHM)得到的被测样品准确的相位分布,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对5种相位解包裹算法的速度、准确性及适用范围等相关问题进行了研究。结果表明:对由IPDHM得到的含有欠采样区域的包裹相位图进行相位展开时,基于横向剪切的最小二乘法效果最好、速度最快;利用枝切法和质量导向图法处理的结果存在"拉线"和未展开区域,造成严重的解包裹错误;利用基于离散余弦变换(DCT)的最小二乘法和预条件共轭梯度法会使欠采样区域的误差进行传递,使得解包裹相位产生较大误差。因此,基于横向剪切干涉的最小二乘法是目前IPDHM中的最优相位解包裹算法。     

精确最小二乘相位解包裹算法

路径无关算法是一类重要的相位解包裹算法,其中最常用的是各种最小二乘算法。由于最小二乘算法无法限制误差在空间中传播,因此不能直接获得精确的解包裹相位,其应用受到了限制。分析最小二乘相位解包裹算法误差的特点,提出了一种能得到精确解包裹相位的新算法,给出了相关的理论分析和具体算法,通过模拟计算和实验验证,证明了该新算法的可行性与有效性。     

基于模拟退火的全局相位展开算法

与常用的最小二乘和最小费用流相位展开算法求满足待求相位梯度与包裹相位梯度最小范数解不同，提出一种以待求相位的二阶相位差在整个相位场上的总和为目标函数，并利用模拟退火算法实现其最小化的相位展算法。计算表明：该算法可以对最小二乘和最小费用流算法不能展开的欠采样包裹相位和含有噪声的欠采样包裹相位，进行有效的相位展开。     

基于最小二乘相位解包裹改进算法的研究

已有的相位解包裹算法都只是对真实相位进行求取而忽略了相位包裹数k值存在的意义。基于最小二乘解包裹算法提出对k值直接求取的算法,从而对解包裹更能准确地求出真实相位。在此基础上,提出新的解包裹方法,不仅提高了解包裹的精度,而且减少了解包裹的时间,加快了运行速度,并通过程序验证了该算法的可行性。为高精度、大计算量的解包裹提供了新的参考方法。     

基于剪切干涉的单幅干涉条纹相位恢复算法

单幅干涉条纹相位恢复算法中通过两次希尔伯特变换获得正弦分量和余弦分量,然后求出水平方向和垂直方向的相位斜率,再采用积分的方法对相位进行恢复,即可得到全场相位分布。然而,相位变化过快时得到的相位斜率不连续,此时就不能直接采用该方法进行相位恢复。针对这一弊端,将剪切干涉计量原理引入到相位恢复算法中,对包裹相位建立二维复光场,获得连续相位斜率的离散偏导,提出用三次积分法即可恢复原始相位。实验验证该方法不仅能够有效地解决相位变换过快和相位截断的影响,而且能较精确地恢复原始相位。     

剪切量选择对剪切干涉降噪的影响

在全息干涉计量法获得的干涉光场相位中不同程度地存在散斑噪声,为顺利完成相位解包裹,降噪处理是必要的。通过剪切将噪声从光场中分离出来是一种有效方法,但剪切量的选择对去噪的影响还需要研究。通过理论分析、模拟计算和实验验证发现:剪切量会影响理想剪切光场相位与含噪声剪切光场相位之间的线性相关性,继而改变降噪难度;选取合适的剪切量可以使该线性相关系数达到最大,从而获得最佳的降噪效果。     

基于两类阶梯模式的相位展开

为了加强相位展开过程的准确性和鲁棒性,提出了一种新颖的梯形相位展开算法。该算法结合了灰度和相位两种编码方式进行相位展开。基于灰度的相位展开可以通过投射不同的灰度确定不同的等级,但是当条纹周期非常小,相应的灰度差异也非常小,使相位展开出现错误。相位展开具有很强的鲁棒性,但本身计算量很大。与传统算法相比,该算法设计了两类模式快速地恢复绝对相位。第一类模式是基于灰度信息对全局调制光栅进行分割,第二类模式是基于相位进行编码,同时在第一模式中对全局调制光栅进行更加细致的分级,第二类模式变化的周期与包裹相位的截断周期一致。因为颜色能够简单而且准确地确定边界,同时相位有很好的鲁棒性,因此,能够准确地恢复绝对相位。实验结果表明:提出的算法能够准确地确定包裹相位的等级,而且能够快速地得到物体表面的三维信息。     

基于径向剪切原理的相位解包裹算法

为了得到所需的相位信息,必须克服噪声、条纹断裂及欠采样等各类不利因素的影响,针对该问题,在处理严重欠采样问题时采用了径向剪切的原理,由包裹相位构建出初始的光场,并对该光场进行多次数字缩放,计算它们之间的相位差,将一个困难的问题分解为多个较为简单的问题进行处理,从而得到需要的解包裹相位.在理论分析的基础上给出了具体的相位解包裹算法,模拟计算和实验都表明了该方法的可行性.结果表明,该方法能较好地处理严重欠采样问题,相比传统的解包裹算法适用性更广.     

瞬时频率引导的小波变换轮廓术相位解包裹技术

提出了一种新的用于小波变换轮廓术进行相位解 包裹的质量图建立方法。对受物体形貌调制的变形 条纹图,利用小波变换相位解调技术获得变形条纹的包裹相位与瞬时频率;将瞬时频率与条 纹载频的绝对 差值和相邻像素点之间瞬时频率的变化程度两方面建立质量图,质量图值的大小可表示位 相质量的好坏, 质量图的值越小,相位质量越可靠;再设定阈值,将质量图分为质量好坏两部分,不同 部分分别采用 扫描线算法和洪流相位解包裹法进行位相解包裹。本文方法在提高解包裹处理速度的同时, 还可以更为精确 地检测出噪声、阴影或条纹突变等区域,使相位解包裹精度和效率得到了保证。通过理论分 析、仿真分析、 实物静态和动态实验表明,与现有的质量图引导的洪流相位解包裹法 相比,本文方法解包裹速 度更快,适用于动态测量中大量变形条纹图的相位精确快速解包裹。     

Investigation on Three Types of Residues in Phase-unwrapping

In phase unwrapping, how to control the residues and cut-lines is critical to unwrap ill-state wrapped phase map successfully. Some new concepts in phase unwrapping field are proposed. Firstly, the residues in three types, I.e., singular residues, normal residues and virtual residues, are classified, which leads to some rational unwrapping paths. Secondly, some differences between cut-line and curved-line are analyzed. And finally, experiment is carried out to compare our new enhanced Goldstein algorithm with the original Goldstein algorithm.     

基于分割缩放的欠采样相位图解包裹算法

为了提取所需的相位信息,克服噪声、断点以及欠采样等不利因素的影响,针对采样问题出现的根本原因（采样频率过低、图像条纹密度过高）,在处理欠采样问题时采用基于分割缩放原理的相位解包裹算法,对密度过高的干涉条纹通过插值放大后再进行解包裹运算。在理论分析的基础上给出了具体的相位解包裹算法,模拟计算和实验验证都表明了该算法的可行性。结果表明,该算法对有欠采样相位的解包裹能取得不错的效果。     

Goldstein枝切法对存在间断相位缺陷的解缠研究

Goldstein枝切法作为相位解缠中路径积分法的重要算法之一,其解缠结果易受到噪声或间断相位缺陷所引起的残差点影响。为了研究相位间断缺陷对解缠算法的影响,模拟了具有间断相位缺陷的数据,采用Goldstein枝切法进行了系统的解缠研究。重点研究了残差点对枝切线的搜索窗口半径大小的影响,并将解缠相位与真实相位进行了比较。结果表明,在单相位间断和双不相交的相位间断缺陷的情况下,Goldstein枝切法仍然具有较好的解缠效果;对于双交叉相位间断缺陷,Goldstein枝切法在这一局部区域无法得到正确的解缠结果;通过研究枝切线搜索窗口半径对解缠的影响,验证了存在“有效枝切线搜索窗口半径”的结论。此实验结果对于采用或联合采用Goldstein枝切法进行的相位解缠理论研究和应用具有参考价值。     

Interferometric SAR phase unwrapping using Green's formulation

Any method that permits retrieving full range (unwrapped) phase values starting from their (-π,π) determination (wrapped phase) can be defined as a phase unwrapping technique. This paper addresses a new procedure for phase unwrapping especially designed for interferometric synthetic aperture radar applications. The proposed algorithm is based on use of Green's first identity. Results on simulated as well as on real data are presented. They both confirm the excellent performance of the procedure     

使用区域重构技术的路径无关相位解包方法

相位解包在光学测量领域有着广泛的应用,其中路径相关类解包方法通常计算速度较快,但抗噪声能力较弱;而路径无关类方法的鲁棒性好,但大多存在迭代收敛慢、计算量大的问题。因此,将区域重构技术引入解包运算中,得到一种新的路径无关类解包方法。该方法对于矩形区域数据能够直接求解解包相位,无需迭代过程;设计了采样-重组加速方法使运算量大幅减小,计算速度优于同类解包方法;使用Gerchberg式迭代过程能够解决不规则孔径内的数据解包问题,可在少量迭代后收敛。通过仿真验证了该方法在矩形区域内的直接求解精度和加速法的效能,通过对实验数据的解包验证了算法处理不规则孔径数据的能力。