几种相位解包算法的研究文献综述

 2022-11-18 05:11

文 献 综 述

移相干涉技术是计量测试特别是三维形貌测量中高精度、高灵敏度的测量方法。它采用非接触式的测量手段,广泛的应用于多种物理量的测试,在高精度光学检验测量中占有重要的地位。

传统的干涉测量方法都是通过直接判断干涉条纹或其序号来测定被检测量。由于多种因素,特别是条纹判断准确的限制,传统的干涉测量不确定度只能做到~。自七十年代Butters和Leendertz二人提出移相法概念,它是基于光电探测、图象处理、计算机技术而发展起来的。新原理、新器件的应用,使得干涉技术有了快速的发展,移相、外差、锁相等干涉技术的使用实现了干涉仪自动测试,而压电晶体、声光晶体、电光晶体等器件则提供了硬件基础。它采用精密的移相器件,综合应用激光、电子和计算机技术,实时、快速的测量多幅相位变化了的干涉图,从中处理被测波面的相位分布,测量的不确定度不高于lambda;/50,所以近些年来,光学检测行业国内外的工作者纷纷将移相法数字波面检测技术作为光学检测的主要手段之一。

利用光干涉原理制造的仪器统称为干涉仪,移相式数字波面干涉仪,它由工控机和干涉仪主机组成,分为五个系统:(1)干涉仪主机,(2)移相器一PZT,(3)PZT控制源和驱动电源,(4)计算机及外设,(5)图像采集系统。

移相干涉术的精要就是通过移相得到多幅干涉图,由多幅干涉图可直接求解相位

分布。移相干涉技术发展至今,出现了各种各样的算法,根据步进量是否为已知确定值,移相算法可以分为定步长移相算法和任意等步长移相算法。不管是定步长算法还是等步长算法,得到的相位数据均被反正切函数压缩在[-pi;,+pi;]区间,称为包裹相位。将包裹相位复原成不包含跃变点的平滑波面的过程称为相位解包。

根据解包的原理,相位解包方法可以分为两类:路径追踪算法和最小二乘算法。

路径追踪算法中一种典型算法是基于区域生长理论的相位解包算法——种子点法,它主要是基于数字图象处理的知识,它的原理就是通过识别一个种子点,然后向四周的八点邻域扩展,在把这八个点作为第二批种子点,向各自的八点邻域扩展,直到所有的有效信息点都被遍历,以到达整个图象的相位解包。它能较好地抑制噪声的干扰,同时算法本身又对边界形状不敏感,计算精度较高。但是该算法对干涉图的连贯性具有很高的要求,当干涉图被分成了独立的两个或多个区域时,只能解包种子点所在的区域,其他区域不能解包。

最小二乘算法的典型算法是离散余弦变换(DCT)算法和预处理共轭梯度(PCG)算法,这两种算法既能抑制噪声点的影响,又能保证曲面的连续性,而且是全局最优的方法,可以对分离区域的相位进行解包。但是DCT算法只能对矩形区域进行解包;PCG算法的精度较高,但由于其要进行多次迭代,耗时比较长。

因为在实际研究和检测中,某些干扰因素会引发各种各样的问题,所以人们提出了各种各样的改进方法,下面举几个例子。

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