数字全息测量系统中，记录过程引入的散斑噪声严重影响全息图质量，导致三维重建结果存在误差。相位提取是数字全息三维测量系统中影响精度的关键技术，而相位解包是获得正确连续相位的关键环节。为了抑制数字全息测量系统中的散斑噪声，提出了一种处理包裹相位的散斑噪声抑制方法。首先应用二维高斯窗口在频域内对包裹相位进行局部分析，并基于窗口傅里叶基函数与包裹相位的高相关性选取阈值；然后根据阈值舍弃噪声频谱，获得低散斑噪声的包裹相位。以微透镜阵列为测试对象，实现了数字全息测量系统中散斑噪声的有效抑制。实验结果表明，所提方法保留了包裹相位的2π跳变边界，有效提高了数字全息测量系统的三维重建精度，与未去噪的结果相比，残差降低了28.35%（峰谷值）和20.23%（均方根）。

针对N步相移法无法克服测量系统中投影设备的非线性响应以及抑制三频外差解相存在的跳跃性误差, 提出基于双N步相移与全频解相的三维测量方法。首先, 通过标准双4步相移法求解初始包裹相位与融合包裹相位, 依据条纹调制度确定组合包裹相位; 然后利用三频外差法对部分条纹解包裹获得一级条纹级数, 再基于全频解相算法中条纹级数与相位的关系, 获得二级条纹的展开相位。最终的实验结果表明: 所提方法实现简单, 展开相位平滑无跳跃性误差, 相比现有方法解相效果更好。

本文提出了一种简易的三维深度分割技术, 该技术能够对存在突变表面的物体的不同深度区域进行分割。为实现该项技术, 首先需要搭建由投影仪、相机和物体组成的深度分割平台。由投影仪向被分割物体投射一系列相移数字光栅; 数字光栅经物体表面调制, 被相机采集并存入计算机中待后续处理。将所采集的序列数字光栅进行顺序置换操作, 依次获得三种序列的数字光栅组, 通过最小二乘法对不同序列光栅组进行解相位并因此得到包裹相位组。包裹相位组经差分与相交运算后, 可获得相交边缘; 对相交边缘进行图像增强操作后即可对不同三维深度的不连续区域进行分割。仿真结果表明, 对于900 pixel×900 pixel范围的复杂面型, 该算法的分割偏移误差仅为2 pixel。实验结果表明: 该技术能够对多个不同深度的相似颜色物体进行精确的分割。因此, 本方法具备低消耗, 高精度三维深度分割的能力。

针对光刻对准中产生的单幅封闭干涉条纹经相位解析后获得的包裹相位, 提出在极坐标系对其进行相位展开进而获得对准偏移量的方法.该方法首先将对准过程中两圆光栅相对移动产生条纹的相位分布从直角坐标系转换到极坐标系; 其次分析在极坐标系下对准偏移量与相位参量的关系; 最后通过取不同径向半径获得初始相位振幅与相位延迟进而求取对准偏移量.数值模拟与实验验证该方法的可行性并与传统的最小二乘与路径跟踪相位展开方法进行了对比分析.结果表明该方法对包裹相位进行展开进而达到几十纳米量级的高准确度对准, 具有很强的适应性.

本文首先简要介绍了路径积分相位展开方法的原理,针对路径积分法在处理轮廓不连续包裹相位图时存在的缺陷,提出了一种新的质量图用来导引相位展开.算法以包裹相位质量为依据,最先展开质量最高的像素,最后展开质量最低的像素,以防止相位展开误差的传播,把不可避免的相位展开误差局限在最小的区域内.实验结果表明,该算法计算速度快,能有效地处理轮廓不连续相位展开问题.

为减少噪声对相位恢复过程的影响,快速得到正确的解包裹相位,提出了一种改进的相位解包裹方法——加权离散余弦变换解包裹算法。该方法把离散余弦变换和标识相位数据好坏的质量权值结合起来,兼有速度快和可靠度高的优势。为验证此算法,对模拟和实验得到的包裹相位图添加随机噪声和散粒噪声,同时采用加权与非加权离散余弦变换算法进行处理,所得到的解包裹结果与未加噪声的解包裹相位值进行比较,结果表明,通过加权离散余弦变换算法恢复的相位图比非加权离散余弦变换算法所恢复的相位图更接近于理想值,而且两种算法的运行速度基本相同,这证明提出的算法不仅保证了效率高的优点,而且所恢复的解包裹相位具有较好的噪声免疫能力和可靠度。

在移相法测量光学波面或物体形貌过程中,相位解包裹是条纹自动分析中的关键技术,而质量图对解包裹相位算法起着至关重要的作用。用计算机模拟干涉图获得相位导数偏差质量图,指出其在标识相位数据质量方面的不足,并根据调制度结合相位梯度构造出新的质量图(称之为调制度-相位梯度偏差质量图)来弥补此缺陷。再以新质量图数据为权值,采用加权最小二乘解包裹算法验证新质量图的可靠性。最后通过实验数据,比较新质量图和相位导数偏差质量图在解包裹相位算法中的作用,得到新质量图的解相结果均方根(RMS)值为2.652 rad,而相位导数偏差质量图的解相结果均方根值为5.151 rad,由此证明前者有更好的可靠性。