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 青岛理工大学信息与控制工程学院，山东 青岛 266520
2 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
针对基于2+1相移法的高反光表面三维测量，分析了强度饱和条纹图案的傅里叶频谱，引入了强度饱和条纹的三阶傅里叶级数表达形式，建立了强度饱和所致的包裹相位误差模型，提出了双2+1相移法。从精度和效率两方面进行了对比实验：对比传统的2+1相移法和自适应条纹投影的2+1相移法，双2+1相移法的相位误差分别降低了69.9%和65.2%；对比多曝光2+1相移法和自适应条纹投影的2+1相移法，双2+1相移法的测量效率分别提高了91.9%和63.9%。
高反光表面 强度饱和条纹 相位误差模型 双2+1相移法 光学学报
2023, 43(20): 2012001
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
利用偏振相机实现瞬时相移获取光弹条纹的方法缺乏定量误差及补偿分析。圆偏场瞬时光弹相移法的误差主要是1/4波片与光源波长不匹配造成的。首先，基于Stokes矢量和Mueller矩阵，从理论上推导了光弹特性的误差及补偿方程，讨论了样品应力方向角和相位延迟量的误差分布。结果表明：等差线条纹误差正比于失配值；等倾线条纹误差是非线性的，但正比于失配值的余弦，反比于两个光强之差。然后，分析了光源谱线宽度对补偿效果的影响，结果显示谱宽的限制与波长成正比，与失配误差成反比。最后，结合对径受压圆盘的模拟和实验验证了误差分析及补偿方法的正确性，并论述了等倾线应力方向分离的问题。
测量 光弹 相移法 误差分析 光学学报
2022, 42(21): 2112002
成都信息工程大学光电工程学院，四川 成都 610225
提出一种基于相移与焦移法的三维面形垂直测量方法，当投影仪变焦扫描被测物体的深度信息时，将三步相移中的三帧条纹图依次连续循环投影到被测物体表面上，相机同步采集对应的条纹图。在计算投影仪每一焦距值对应的条纹图的调制度分布时，利用该焦距位置及其前后相邻焦距值位置处的三帧条纹图近似计算该焦距位置处的调制度分布，并根据调制度值最大值与深度信息的关系重建被测物体的三维形貌。实验结果表明，所提方法的条纹投影量和数据采集量仅占传统三步相移法的1/3，却可获得与传统三步相移法几乎相同的测量精度。在1100 μm测量深度范围内，相移与焦移法对任意位姿斜面的测量均方根误差平均值可达4.98 μm。
测量 光学微观三维面形测量 调制度测量轮廓术 垂直测量 相移方法 光学学报
2022, 42(15): 1512004
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
利用相位级次的编码和调制方法将相位级次信息叠加到相移图像中,提出了一种直接利用相移图像进行相位解包裹的方法。在投影端,提出了一种邻接不重复德布鲁因序列,并用该序列对相位级次进行编码,然后将该周期级次编码序列调制、叠加到多步相移图像中。相应地,在解码阶段,从拍摄到的相移图像中同时解调、分解出包裹相位和周期级次编码序列,通过序列的匹配还原真实周期级次信息,并最终准确地解包裹出绝对相位。以四步相移法为例,本文方法相比传统的时间相位解包裹算法,投影图片从10张(64个相位周期)缩减到了4张,提高了测量效率。
测量 结构光 相移法 相位解包裹 三维测量
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
多波束单光子雷达在对地测绘和远距离成像等领域具有重要应用，而多通道计时测量技术很大程度上决定了整个系统的性能。因此，提出了一种基于时钟相移法的多通道时间数字转换并行测量方法。该方法可在单块Xilinx Artix-7系列现场可编程门阵列芯片上实现了100通道单光子信号的同时计时测量，计时分辨率可达到1.0 ns，测量精度为360 ps，量程为65 μs。基于该装置可实现稳定性高、功耗小、速度快、结构紧凑的多通道单光子回波信号的高精度测量，满足多波束单光子雷达系统的计时需求。
探测器 单光子雷达 时钟相移法 现场可编程门阵列 计时测量 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0204001
中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004
为了延长信号传输距离、方便探测及降低噪声，并最大可能地保留信号能量，可通过移相法实现载波抑制单边带(SSB-CS)信号输出，采用导频法控制商用铌酸锂双平行(IQ)调制器可达到上述目标。实验结果表明：所提方法在2～18 GHz范围内，输出信号的载边比和边边比均大于20 dB；该方法能在不使用IQ调制器内置光电二极管(PD)的前提下，有效控制调制器工作状态，得到载边比和边边比均满足预期的SSB-CS信号。
双平行调制器 载波抑制单边带 移相法 导频信号 偏置点 double parallel modulator carrier suppressed single sideband phase shifting method pilot tone bias point
1 南京理工大学理学院, 江苏 南京 210094
2 东南大学土木工程学院, 江苏 南京 211189
3 山东科技大学计算机科学与工程学院, 山东 青岛 266590
两步相移法是均衡栅线投影技术的高速与高精度的重要方法。但是目前的求解算法的精度较低或算法复杂度较高。提出一种基于变量分组优化的两步相移求解方法。该方法将原始迭代变量分组为线性组变量和非线性组变量,针对确定的非线性组变量,通过最小二乘法获得线性组变量显式的最优解。通过对非线性组进行参数优化,获得全局的最优解。利用数值模拟与实验对本文方法进行了验证。结果表明本文方法有效地降低了多元非线性优化的相位值陷入局部最优的可能性,且降低了算法的复杂度。
图像处理 栅线投影技术 两步相移法 分组优化 最小二乘法 激光与光电子学进展
2021, 58(8): 0810024
为了快速有效地测量微小透明物体表面形貌, 设计了一种基于Mach-Zehnder干涉仪的两步相移数字全息系统。该系统使用两个相同的CCD在不同距离同时采集干涉图像, 利用光学相移单元在每个CCD记录的干涉图之间形成一个π的相移, 然后通过光的空间传递函数及傅里叶变换给出了相位重建的算法。搭建了两步相移干涉光路, 以微透镜阵列作为待测物体, 验证了该系统的可行性。结果表明, 该系统比四步相移法节省一半以上的时间, 且能够达到与四步相移法相一致的相位重建结果。该方法对提高相位重建效率具有一定的帮助。
全息 数字全息 相移法 傅里叶光学 相位重建 holography digital holography phase shifting method Fourier optics phase reconstruction
