本文關鍵詞：相位解包裹算法及在相位測量輪廓術中的應用研究

  更多相關文章： 光學三維測量技術 相位測量輪廓術 最小二乘法 相位解包裹 相移法

【摘要】：隨著科學技術的快速發(fā)展,在工業(yè)生產過程中,對物體表面輪廓的缺陷、尺寸以及自由曲面等的檢測越來越頻繁,而且檢測精度的要求也不斷提高,經典接觸式的檢測方法已經不再適用,為了解決這一問題,光學三維測量技術應運而生。光學三維測量技術是一種非接觸、高精度投影結構光或自然光的表面形貌測量技術,這種技術已經廣泛應用在電子、汽車、機械加工、紡織等現代工業(yè)中,例如生物醫(yī)藥、人體檢測、自動加工、在線測量等等。相位測量輪廓術是光學三維測量技術中的一種主動測量方式,其具備光學三維測量技術的優(yōu)點。然而,從相位測量輪廓術中采集的相位信息是通過計算反三角函數得到的,相位值被截斷在???,??的主值區(qū)域中,顯現出不連續(xù)分布,這樣測量得到的被測物表面形貌產生失真現象,為了解決這一問題就必須進行相位解包裹操作。由此可見,相位解包裹在整個測量過程中起著舉足輕重的作用。因此,本文主要研究的內容是相位解包裹算法。相位解包裹算法主要分為局部(路徑依賴、路徑跟蹤)和全局(獨立的路徑、最小范數)的方法。局部法是一類快速而簡單的計算相位展開的算法,這種算法的最大的缺點是選擇一個合適的積分路徑很困難,而且運算速度慢,如枝切法、質量圖導向法等;全局法是一類不依賴路徑進行解包裹的最優(yōu)化算法,由于它沒有對誤差區(qū)域(噪聲、欠采樣、孔洞等)進行處理,從而影響相位展開的精度,如基于離散余弦變換法的最小二乘法、迭代法等。目前為止,依然沒有一種相位解包裹算法能解決所有的問題。為了解決誤差區(qū)域和積分路徑的限制,以及達到快速解包裹的要求,本文提出了基于取整最小二乘相位展開的新方法,它是一種簡單而高效的全局算法。不同于傳統(tǒng)的相位展開方法,該方法僅僅處理相位跳變部分的梯度。因此,該算法受殘差點的傳播和過平滑影響較小。在仿真和實驗這兩種情況下,分別使用改進的取整最小二乘法與經典的切枝法、快速傅里葉變換法(FFT)、質量圖導向法(QG)、最小費用流法(MCF)進行對比,得出以下結論:MCF精度最高,FFT運算速度最快,而本文提出的取整最小二乘法僅僅需要與FFT方法相接近的較低的運算時間,就能達到和MCF方法相當的精度。由于取整最小二乘法良好的性能,如簡單,魯棒性,精度高和計算效率高,而且不需要用戶干預,因此,該相位展開算法可以用在自動實時的應用中。
【關鍵詞】：光學三維測量技術 相位測量輪廓術 最小二乘法 相位解包裹 相移法
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 選題的應用背景和來源11-14
• 1.1.1 光學三維測量技術11-12
• 1.1.2 相位測量輪廓術的光學原理12-14
• 1.2 相位展開算法的研究現狀14-16
• 1.2.1 國內研究現狀綜述14-15
• 1.2.2 國外研究綜述15-16
• 1.3 本文研究的內容和結構16-19
• 1.3.1 研究內容16-17
• 1.3.2 論文結構17-19
• 2 相位解包裹算法的原理及相關概念19-29
• 2.1 相位解包裹算法概述19-24
• 2.1.1 —維位相解包裹原理簡介19-21
• 2.1.2 二維相位解包裹原理分析21-22
• 2.1.3 相位解包裹算法的分類22-24
• 2.2 關鍵因素分析24-26
• 2.2.1 殘差點24-25
• 2.2.2 質量圖25-26
• 2.2.3 掩膜26
• 2.3 相位解包裹結果的評估方法26-27
• 2.3.1 直接觀察法26
• 2.3.2 相位再包裹法26-27
• 2.3.3 不連續(xù)圖法27
• 2.4 本章小結27-29
• 3 基于路徑跟蹤的相位解包裹方法研究29-36
• 3.1 Goldstein“枝切”算法29-30
• 3.2 質量圖導向法30-33
• 3.2.1 相位導數方程質量圖31
• 3.2.2 最大相位梯度質量圖31-32
• 3.2.3 二階相位差分質量圖32
• 3.2.4 相干系數和偽相干系數質量圖32-33
• 3.3 數值模擬與分析33-34
• 3.4 本章小結34-36
• 4 基于最小范數的相位解包裹方法研究36-54
• 4.1 最小二范數相位解包裹算法的數學推導36-38
• 4.2 無權重最小二乘法相位解包裹基本原理38-42
• 4.2.1 迭代法38-39
• 4.2.2 離散余弦變換法39-41
• 4.2.3 傅立葉變換法41-42
• 4.3 加權重最小二乘法相位解包裹基本原理42-45
• 4.3.1 Picard迭代法43-44
• 4.3.2 預條件共軛梯度法（PCG）44-45
• 4.4 基于取整最小二乘的全局相位解包裹新方法45-49
• 4.4.1 空間相位展開算法的基本原理45-47
• 4.4.2 改進的取整最小二乘相位解包裹算法47-49
• 4.5 數值模擬與分析49-52
• 4.6 本章小結52-54
• 5 相位解包裹算法在相位測量輪廓術中的應用54-63
• 5.1 相移法提取相位主值54-56
• 5.1.1 求解相位主值的原理54
• 5.1.2 標準正弦光柵條紋生成54-55
• 5.1.3 四步相移法55-56
• 5.2 投影結構光三維測量系統(tǒng)56-61
• 5.2.1 實驗環(huán)境56-58
• 5.2.2 實驗數據的采集58-59
• 5.2.3 實驗包裹相位圖的展開59-61
• 5.3 本章小結61-63
• 6 總結與展望63-65
• 6.1 總結63-64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻65-70
• 碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果70-71
• 致謝71-72

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9 吳一戎,胡東輝,彭海良;Chirp Scaling SAR成象算法及其實現[J];電子科學學刊;1995年03期

10 王貴竹;一種產生單向分解值的算法[J];安徽大學學報(自然科學版);2001年03期

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1 尹冀鋒;;一種新的圖象自適應增強算法[A];四川省通信學會一九九二年學術年會論文集[C];1992年

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