一、一种新的区域增长相位去包裹算法(论文文献综述)
闫恪涛[1](2021)在《光学条纹图深度学习处理技术研究》文中提出传统光干涉测量术、电子散斑干涉测量术、全息干涉测量术等光学干涉测量法具有非接触、高精度、高灵敏性等优势,已广泛应用于各个领域。如光干涉测量术可用于对加工质量与检测精度均具有较高要求的光学元件的物理量检测,电子散斑干涉测量术可对微米量级的粗糙表面工件实现无损全场检测。在光学干涉条纹图解调过程中,条纹噪声干扰、相位提取算法的可适用性等因素对相位检测精度产生影响。目前多数传统的去噪技术需要较高的计算成本与参数调整,另外广泛应用的相移技术需要额外相移器和较稳定的检测环境以实现高精度测量,且多数相位提取技术难以对少帧条纹图和在较少人为操作的情况下去实现高精度、实时相位提取。因此,探索一种高效的条纹图处理技术解决目前存在的问题具有重要意义。干涉测量法产生的条纹图在物理上具有严格的理论模型,深度学习具有出色的归纳和学习能力,这为条纹图模型的解析提供了一种新的技术支撑和解调思路。本文提出基于深度学习的条纹图处理技术,主要对条纹图噪声处理、包裹相位噪声处理和相位提取三个关键技术展开研究,以实现高精度测量、快速处理和自动处理的高效测量性能。本文主要工作及创新点如下:(1)端到端的卷积神经网络条纹图去噪技术研究目前多数条纹图去噪技术通常具有较大计算量、人为调整参数和需要事先预知条纹走向等缺点,因此难以在恢复高质量条纹图的同时实现快速和自动处理。基于干涉测量基本原理,本文提出端到端的卷积神经网络法对条纹噪声处理以提高测量精度,采用多层卷积神经网络对噪声条纹平滑处理,实现了高效的条纹去噪分析。训练后的模型可以从噪声条纹中直接估计出无噪声的条纹,且无需像大多数传统的去噪方法需人为调整参数。数值模拟证明了该预处理技术可有效改善条纹质量,进而提高了相位测量精度。(2)基于残差学习的包裹相位去噪技术研究包裹相位中的噪声干扰容易影响解包裹和面形检测精度。传统去噪方法(如均值滤波和中值滤波)容易导致条纹模糊,从而引入相位失真。本文提出了基于残差学习的包裹相位去噪方法,其策略是对反正切函数的分子(正弦函数)与分母(余弦函数)去噪,去噪后的分子与分母经反正切函数计算获得干净的包裹相位图。所提出的方法处理干涉测量术中包裹相位,信噪比(SNR)值达到-4d B时仍可经简单的行扫描解包裹技术成功地展开。同时,此研究技术进一步应用在散斑噪声的去除之中,对数字全息散斑干涉测量术中的包裹相位图去噪以帮助工件的结构诊断。经实验分析,该去噪方法有助于在复杂的缺陷形貌图中准确地检测缺陷,并加速缺陷的检测和表征过程。(3)基于生成对抗网络的虚拟时域相移相位提取技术研究时域相移技术一般利用压电陶瓷相移器(PZT)来记录多幅相移条纹图,且需要稳定的测量环境。本文提出基于生成对抗网络的虚拟时域相移技术,可从初始干涉条纹图中估计多幅虚拟相移条纹图,然后经多步相移法对相位提取。数值模拟与实验分析验证了该方法能够实现高精度的相位提取,多组实测结果与ZYGO干涉仪对比,其面形检测误差的PV平均值不超为0.0101λ,RMS平均值不超过0.0024λ。此技术由于不依赖于硬件相移设备而大大降低了应用成本,能够实现单幅条纹图的处理精度接近于相移干涉测量精度,并可用于动态测量。研究工作为光学干涉测量领域提供新的条纹图处理方法,通过对提出的研究工作系统地仿真和实验分析,验证了研究工作的正确性,为干涉仪和电子散斑测量仪的工程化开发和应用提供新的关键技术基础。
李辰[2](2020)在《基于三维轮廓测量的关键技术研究》文中认为三维测量技术在如今快速发展的社会逐渐崭露头角,满足了人们的日常需求同时也提高了人们的生活水平,在逆向设计、工业制造与检测、医疗康复、古董检验等等领域中,物体三维轮廓测量已经逐渐得到应用。由于精度高,具有非接触性,测量范围广等优点,主动式投影结构光的三维测量技术得到了一致好评,但是非线性误差、相位误差优化在数字投影设备的问题,以及相机和投影仪的标定问题、三维测量重建和断截相位的相位解包裹等,都是三维测量系统需要解决的关键技术问题。在使用条件极为苛刻的情况下,已有学者研发出比较理想的三维测量系统,利用提升相位解包裹算法的方法,克服被测物表面不平整、形状复杂和反光问题等等,大幅度的提高测量精度。本文对光学三维轮廓测量系统关键技术进行了深入探讨,在已有的试验条件下和实际实验中遇到的困难中查找问题来源,及时总结出问题发生的原因,结合其他学者提出的改进方法进行整合,在总结的方法中提出自己的创新和思路,提升在光学三维轮廓测量的精度和效率。理论阐述、实验内容和方法创新在下文中一一展现:(1)通过对摄像机和投影仪进行标定试验,选择最合适的标定算法,减小标定数据的误差并记录标定的数据结果。对各种坐标系,针孔模型和摄像机镜头畸变经行介绍研究,对标志点提取算法进行研究,使用了2D平面标定方法。此方法在不需要确定参照物得尺寸和标靶运动参数情况下,把标靶对着摄像机镜头完成两次以上的转动并拍摄下来就可以实现标定。实验表明,该方法可以有效、快速的提取角点,有效降低误差。(2)讨论在相同相位解包裹算法中如何在相位解调中得到的三维还原图精度更高,对中间断截相位解包裹后得到连续相位进行了研究,改进了一种对连续相位逐一分段式斜率矫正的新型处理方法,对连续相位逐一分段式拟合矫正,使得连续相位的抖动性大幅度降低,最终使得物体三维形貌还原图稳定性提高。(3)在实际的光学三维轮廓测量实验中,通过对不同的相位解包裹算法对傅里叶变换轮廓术和四步相移法两种常用的相位解调和三维形貌还原的优缺点进行了分析,最后选择四步相移法进行相位解调,并采用了相位误差补偿算法消除了周期展宽和投影仪Gamma效应影响带来的误差。
邢硕[3](2020)在《条纹投射技术中的全参数标定及畸变校正》文中研究表明条纹投射技术具有非接触、高效率、高精度、全场信息获取等优点,是光学三维测量领域最具代表性的实用技术之一,在工业及民用领域的许多方面已得到广泛应用。但是,现有条纹投射技术尚存在一些问题,制约着其测量精度和测量效率的进一步提高。例如,系统标定过程复杂,且标定精度不易保证;条纹图像分析方法的精度、效率或计算复杂性有待改进等。本文围绕着条纹投射技术中的系统全参数标定、畸变校正、三维重建、相位计算和相位误差补偿问题开展相关研究,为解决上述问题提供了一些新的富有竞争力的解决方案。本文研究工作主要包括以下几个方面:(1)条纹投射测量系统的全参数标定本文依据摄像机的成像模型,推导出投影机的投影模型,以此为基础,建立测量系统的模型,确定条纹图像与被测物体空间三维坐标之间的映射关系。借助于张正友平面标定法对摄像机进行标定,获取其内外参数和畸变参数。由于投影机不具备拍摄图像的功能,无法直接获得其图像平面上的像素坐标,以至于难以对其进行标定。为此,本文提出了一种投影机参数迭代标定算法。该算法利用标定板在水平和竖直两个方向上的绝对相位,建立摄像机图像像素点与投影机图像像素点之间的对应关系。采用有理函数对这两个方向上的绝对相位进行最小二乘拟合,来获取精确的投影机图像像素点,从而将复杂的投影机参数标定问题转化为成熟的摄像机参数标定。为了提高标定精度,采用迭代运算来进一步优化所得投影机的内外参数和镜头畸变参数。(2)畸变校正及三维重建技术本文基于推导出的测量系统模型,结合系统标定参数,确定了条纹相位与三维坐标之间的映射关系。但是,摄像机和投影机镜头畸变的存在,会降低三维重建精度。为此,本文在校正摄像机镜头畸变的基础上,提出了两种校正投影机镜头畸变的方法,即前校正和后校正方法。前校正利用标定的投影机畸变参数在生成条纹图像阶段直接校正投影机镜头畸变;后校正则是在获取被测物体的三维坐标后,依据畸变参数对三维数据进行校正。这两种方法有效抑制了投影机镜头畸变对重建结果的影响。(3)基于切比雪夫多项式的时域相位去包裹方法在条纹投射技术中,相位测量的准确性是影响系统测量精度的重要因素之一,而现有相移技术在兼顾测量效率与分辨率方面尚待改进。为此,本文提出了切比雪夫编码方法,并将其与相移技术相结合,以辅助解决相移方法的绝对相位求解问题。本文从编码方法入手,利用第一类n阶切比雪夫多项式与正弦函数之间的关联性,将其作为强度调制函数来生成切比雪夫编码条纹图像,并通过横坐标的非线性变换,以改善条纹横向分布的均匀性。此外,利用切比雪夫多项式的递推性质推导出条纹级次求解公式,并对所得条纹级次的初始值进行校正,以克服绝对相位求解的多义性问题。该方法所得相位测量结果不易受被测物面的颜色、纹理和光照不均匀性的影响,同时,可根据采集图像的信噪比高低来灵活调整投射条纹数量,从而为兼顾测量效率与分辨率提供了新思路。(4)非线性相位误差补偿方法研究在条纹投射技术中,投影机光强非线性是影响测量精度的关键因素之一。投影机非线性会在条纹信号中引入高阶谐波,从而导致相位测量结果中出现波纹状误差。本文基于对采集条纹图像的分析,推导出了通用的相位误差模型。在此基础上,提出了两种相位误差补偿方法。第一种方法是利用两幅不同频率的测量相位图,对其进行最小二乘迭代运算,估计出误差系数,以补偿这些误差的影响;第二种方法是从单幅测量相位图中识别并移除由投影机非线性引起的相位误差,其利用最小二乘迭代拟合算法,并通过3-sigma准则剔除离群点,以获取相位误差函数曲线,进而消除其影响。这两种方法无需提前对投影机进行光度标定或误差标定,从而避免了投影机非线性特征随时间偏移变化的影响。
钱婕妤[4](2020)在《基于无迹卡尔曼滤波器的实时相位解包算法研究》文中进行了进一步梳理相位解包算法是干涉测量中的关键技术,目前被广泛应用于光干涉测量、合成孔径雷达、反射测量等领域。当前对相位解包算法的研究众多,各类算法在不同噪声条件下有不同的性能表现,因而具有不同的适应能力。一般地讲,整体性能较好的算法具有较高的实现复杂度和成本,会成为实时干涉系统中的带宽瓶颈。本论文研究了一种基于无迹卡尔曼滤波器的相位解包算法,重点研究了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)平台高吞吐率实现算法架构。针对目前几类相位解包算法存在的不足,本文采用了一种基于无迹卡尔曼滤波器的相位解包算法。一方面根据卡尔曼滤波算法特性,将相位展开过程和相位去噪声过程同时进行,免去了相位展开之前的噪声预处理过程,保证相位展开过程不会引入其他噪声。另一方面无迹卡尔曼滤波是基于卡尔曼滤波的改进型算法,以无迹变换(Unscented Transform,UT)为基础,摒弃了将非线性过程线性化的做法,使得结果更接近真实值。其中,本文主要研究了适用于相位解包的无迹卡尔曼滤波算法并且重点解决了强噪声条件下相位恢复易失真问题,对于相位梯度估计值过大的点进行滤波处理。本文提出在FPGA平台实现无迹卡尔曼滤波相位解包算法的硬件架构,提升相位解包算法速度。首先根据软件解包算法,设计定点仿真函数,根据不同定点下相位曲线恢复的信噪比确定在FPGA平台选用的最佳字长与小数点位数。然后在modelsim仿真软件中,实现无迹卡尔曼滤波算法。主要分成以下几个模块具体实现:系统状态模块、sigma点生成模块、状态预测模块和状态更新模块。最后基于QuartusⅡ平台,完成逻辑综合、引脚约束等操作,在FPGA芯片平台完成数据解包处理。将本算法应用于相位调制型光纤传感系统的相位解包单元,搭建了基于Michelson型的干涉型光纤传感实验系统,采用了矩形脉冲二元相位调制解调技术获取包裹相位,采用了Altera公司的EP3SE110F1152I3 FPGA作为系统实时控制与处理的核心,采用32Q16的定点格式,获得信号信噪比为31.7478d B,速度相对于PC端提升30~40倍,实现了大规模数据的实时吞吐运算。无迹卡尔曼滤波相位解包算法提升了相位解包算法精度以及利用FPGA硬件电路板实现加快相位解包速度,在各干涉测量领域都有重要应用价值。
李幸[5](2018)在《基于光栅投影三维测量系统的解相位算法研究与应用》文中认为随着现代工业、光学、计算机图形学以及人民生活水平的不断发展和提高,二维平面设计以及传统的测量方式已经不能满足实际需求,三维轮廓测量成为人们高度关注和深入研究的热点。解相位算法作为三维轮廓测量系统中最关键的部分,也是目前人们广泛关注的课题之一。但是,由于在实际测量时会出现图像质量不高、噪声点、阴影区域以及条纹断裂等因素,导致解相位算法准确度不高,使得测量系统的精度达不到要求,传统解相位算法在效率上达不到实时性的要求。因此,为了达到测量系统对解相位结果的准确性和实时性两方面的要求,本文将解相位算法以及CUDA架构(Computer Unified Device Architecture)作为研究重点。首先,根据实际需求,对几种典型解相位算法进行深入研究与分析。针对解相位算法存在解相结果质量不高、错误累加传播的问题,本文从图像预处理、如何选取合适解相起始点以及残差点标记与修复这三个方面对算法的准确性进行改进与优化。图像预处理包括高斯滤波、大津阈值分割,选取光条中心线上相位点作为合适解相起始点,然后利用残差点标记与修复方法提高解相位结果的准确性和有效性。其次,为了提高算法的效率,本文对CUDA(Computer Unified Device Architecture)并行计算方法进行具体研究,将其与菱形解相位算法相结合,提出了一种高质量并行解相位算法,达到系统对实时性测量的要求。最后,通过实验与已有解相位算法进行对比分析,验证本文算法的准确性和实时性。实验结果表明,本文所改进的高质量并行解相位算法提高了计算效率和相位结果准确性,达到了三维测量系统实时性和高精度的要求。
任志奇[6](2018)在《基于相位测量的瓷砖平整度检测技术研究》文中研究说明随着国家经济不断发展,人民生活水平日益提高,市场对瓷砖质量提出严格的标准。衡量瓷砖表面质量的参数有:边直度、直角度和平整度,其中平整度是描述瓷砖表面质量最重要的参数。目前,国内陶瓷企业对瓷砖的平整度检测与质量分级主要依靠人工操作,存在检测效率低、工作强度大、质量不稳定、漏检率高等问题。而国外的瓷砖平整度检测设备,限于瓷砖烧制工艺不同、工作环境恶劣以及市场环境等因素,没能在国内陶瓷企业得到广泛应用。因此,开发适应我国陶瓷砖实际情况的平整度检测技术,具有重要的现实意义。本论文在深入研究正弦光栅投影三维重建技术的基础上,提出基于相位测量的瓷砖平整度检测技术。该技术检测流程如下:(1)数字光投影仪向瓷砖表面投影单频正弦光栅,摄像机采集经瓷砖高度调制的变形条纹;(2)对变形条纹进行希尔伯特-黄变换解相位处理,得到瓷砖全场包裹相位;(3)用最小二范数相位去包裹算法对包裹相位进行去包裹处理,然后根据系统确定的相位-高度关系恢复瓷砖表面高度信息;(4)通过张正友标定算法标定摄像机的内、外参数,利用该参数将瓷砖高度信息转换成三维点云;(5)从瓷砖三维点云中提取特征点;(6)利用最小二乘法对瓷砖表面进行拟合,得到瓷砖的空间平面方程;(7)计算瓷砖平整度。本论文在瓷砖特征点检测过程中首次引入凸包模型,提出两个瓷砖特征点快速检测方法:直接检测法和点云投影检测法。随后本论文研究三维离散点平面拟合理论,实现密集点云下瓷砖表面的最小二乘拟合,最终成功计算出瓷砖的平整度参数,并获得瓷砖三维表面质量图。实验结果表明:基于相位测量的瓷砖平整度检测技术能在单幅拍摄条件下快速获取瓷砖全场三维信息,平整度检测时间不超过0.5s,其测量精度高达0.01mm。可预见本技术将在瓷砖平整度检测自动化与科学研究方面有良好的应用前景。
刘稳[7](2016)在《相位解包裹算法及在相位测量轮廓术中的应用研究》文中进行了进一步梳理随着科学技术的快速发展,在工业生产过程中,对物体表面轮廓的缺陷、尺寸以及自由曲面等的检测越来越频繁,而且检测精度的要求也不断提高,经典接触式的检测方法已经不再适用,为了解决这一问题,光学三维测量技术应运而生。光学三维测量技术是一种非接触、高精度投影结构光或自然光的表面形貌测量技术,这种技术已经广泛应用在电子、汽车、机械加工、纺织等现代工业中,例如生物医药、人体检测、自动加工、在线测量等等。相位测量轮廓术是光学三维测量技术中的一种主动测量方式,其具备光学三维测量技术的优点。然而,从相位测量轮廓术中采集的相位信息是通过计算反三角函数得到的,相位值被截断在???,??的主值区域中,显现出不连续分布,这样测量得到的被测物表面形貌产生失真现象,为了解决这一问题就必须进行相位解包裹操作。由此可见,相位解包裹在整个测量过程中起着举足轻重的作用。因此,本文主要研究的内容是相位解包裹算法。相位解包裹算法主要分为局部(路径依赖、路径跟踪)和全局(独立的路径、最小范数)的方法。局部法是一类快速而简单的计算相位展开的算法,这种算法的最大的缺点是选择一个合适的积分路径很困难,而且运算速度慢,如枝切法、质量图导向法等;全局法是一类不依赖路径进行解包裹的最优化算法,由于它没有对误差区域(噪声、欠采样、孔洞等)进行处理,从而影响相位展开的精度,如基于离散余弦变换法的最小二乘法、迭代法等。目前为止,依然没有一种相位解包裹算法能解决所有的问题。为了解决误差区域和积分路径的限制,以及达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开的新方法,它是一种简单而高效的全局算法。不同于传统的相位展开方法,该方法仅仅处理相位跳变部分的梯度。因此,该算法受残差点的传播和过平滑影响较小。在仿真和实验这两种情况下,分别使用改进的取整最小二乘法与经典的切枝法、快速傅里叶变换法(FFT)、质量图导向法(QG)、最小费用流法(MCF)进行对比,得出以下结论:MCF精度最高,FFT运算速度最快,而本文提出的取整最小二乘法仅仅需要与FFT方法相接近的较低的运算时间,就能达到和MCF方法相当的精度。由于取整最小二乘法良好的性能,如简单,鲁棒性,精度高和计算效率高,而且不需要用户干预,因此,该相位展开算法可以用在自动实时的应用中。
刘颖,张瑞峰,陈相舟,李锵,纪鑫,汪洋[8](2016)在《一种新的质量图引导的路径预测区域增长算法》文中研究说明针对五步相移干涉测量,提出了一种新的质量图用于引导路径预测区域增长算法。首先基于分支设置处理残差点,直至相位图中所有残差点都被平衡。然后将包裹相位图按质量值分割为若干区域,把分支对应的质量值设为最低,按质量值由高到低顺序对每一区域的相位进行路径预测区域增长方式的去包裹,若区域间有交界,则通过调整偏移量的方法进行融合处理。软件仿真和实验验证结果表明,与传统区域增长算法相比,新算法准确度更高,计算速度更快。
刘颖[9](2016)在《基于电光效应的MEMS微结构动态测试研究》文中提出MEMS(微机电系统)三维动态性能测量,用来表征MEMS器件在高速运动状态下的稳定性和可靠性,在MEMS产品研发过程中举足轻重。随着时代的发展,MEMS微结构动态机械性能的测量日益重要。传统的MEMS微结构测量方法,例如原子力显微镜和电子扫描显微镜等都无法测量MEMS微结构动态机械性能。所以,本论文对频闪显微视觉和频闪显微干涉做了详细研究,设计出一种基于电光效应MEMS微结构三维动态测量系统,对MEMS进行了面内运动和离面运动测量,并实现相应的三维显示和算法处理。本论文设计的MEMS微结构三维动态测量同步控制系统,硬件部分有两处较前人作出改进。一是将声光调制器改为电光调制器,激光信号的频率可以由1MHz增大到10MHz,曝光的时间就由原来的1us变为0.1us,提高了拍摄系统采样率。二是基于电光效应原理在参考镜前加铌酸锂移相器。由于没有机械运动部件,所以改善了重复性。论文利用MCU和FPGA来控制激光的频闪和CCD相机的拍摄。论文软件部分,编写了基于MFC的上位机程序。上位机给测量系统提供操作界面,实现控制数据的输入、图像采集保存和处理等功能。论文深入研究了显微视觉和显微干涉技术,通过实验数据对比分析了MEMS微结构面内运动和离面运动相关算法。论文利用亚像素步长相关法、二次曲面拟合法和标准化协方差相关法,实现亚像素级模板匹配。采用单纯形搜索法和序贯相似性检测算法,进一步提高匹配速度。论文在总结了传统路径去包裹算法、路径无关去包裹算法和路径跟踪去包裹算法的基础上,提出了一种由新的质量图引导的路径预测区域增长算法。新算法可以对整幅干涉图连续去包裹而不产生间断点或间断小区域,避免了传统路径预测增长算法展开时没有很好的平衡残差点而导致的不连续问题。提高了计算精度,缩短了运行时间。
邱运春[10](2015)在《双目光栅投影关键技术研究》文中进行了进一步梳理光栅投影是目前使用最为广泛的一种三维形貌测量技术,在工业检测、质量控制、逆向设计、医学、虚拟现实、文物数字化和人体测量等众多领域具有广泛的应用前景。因为其原理简单、装置易实现、测量快,测量精度高,低成本的优点,所以其在工程应用中被广泛用到。相比单目光栅投影系统对光路有着很苛刻的要求,双目光栅投影方法原理简单,无需预先测定相机和投影仪的几何约束条件,具有很高的灵活性。所以双目光栅投影具有重要的理论意义和实际应用价值。本文重点研究了双目光栅投影重建被测物体的方法。对比研究了四种典型的时间相位展开算法,采用仿真光栅图片,分析比较四种方法相位展开精度。针对二维相位特征匹配时间开销大问题,提出邻域搜索特征点匹配算法。该算法利用匹配点之间存在的邻域关系,将搜索范围锁定在很小的区域中,大大降低匹配算法时间复杂度。利用有限状态机理论,对点进行分类能够解决不连通区域匹配不成功问题。采用标准物体测量匹配算法精度,并与基于极线约束特征点匹配算法进行比较,实验结果表明匹配精度高,时间复杂度低,该算法的匹配结果可用于反算外方位参数。在摄像机标定、相位展开,特征点匹配,点云重建和显示等理论研究成果和实践的基础上,开发了一套基于双目光栅投影重建与测量系统,该系统通过配置文件的软件开发方式,使得系统具有较强的可扩展性。
二、一种新的区域增长相位去包裹算法(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种新的区域增长相位去包裹算法(论文提纲范文)
(1)光学条纹图深度学习处理技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 课题的来源 |
1.2 课题的研究背景及意义 |
1.3 研究现状与发展概述 |
1.3.1 传统的条纹图处理研究概况 |
1.3.2 深度学习及其在光学领域研究概况 |
1.3.3 深度学习在条纹图处理领域研究概况 |
1.4 主要研究内容 |
第二章 条纹图处理技术与神经网络相关原理 |
2.1 条纹图 |
2.2 条纹图处理经典方法 |
2.2.1 相位提取经典方法 |
2.2.2 条纹图去噪基本方法 |
2.3 神经网络相关的基本原理 |
2.3.1 人工神经网络 |
2.3.2 卷积神经网络 |
2.3.3 损失函数与优化算法 |
2.4 本章小结 |
第三章 端到端的卷积神经网络条纹图去噪方法 |
3.1 端到端的卷积神经网络条纹图去噪原理 |
3.1.1 条纹图噪声处理方法 |
3.1.2 端到端的Fringe Net原理 |
3.1.3 基于Zernike多项式的干涉条纹图仿真 |
3.2 数值模拟分析 |
3.2.1 不同分布的条纹图分析 |
3.2.2 去噪对相位恢复精度分析 |
3.2.3 与经典滤波方法对比 |
3.3 实验数据分析 |
3.3.1 不同干涉仪中条纹图分析 |
3.3.2 去噪对相位恢复精度分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于残差学习的包裹相位去噪方法 |
4.1 基于残差学习的干涉测量包裹相位去噪 |
4.1.1 包裹相位去噪 |
4.1.2 基于残差学习的包裹相位去噪方法 |
4.1.3 基于残差学习的包裹相位去噪网络模型 |
4.1.4 干涉测量包裹相位的数值模拟 |
4.1.5 数值模拟分析 |
4.1.6 实验数据分析 |
4.2 数字全息散斑干涉测量的包裹相位去噪 |
4.2.1 数字全息散斑干涉测量系统 |
4.2.2 散斑条纹的模拟和相位提取 |
4.2.3 基于残差学习的DHSPI包裹相位去噪原理 |
4.2.4 数值模拟分析 |
4.2.5 实验数据分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 基于生成对抗网络的虚拟时域相移相位提取方法 |
5.1 虚拟时域相移相位提取方法 |
5.1.1 虚拟时域相移相位提取原理 |
5.1.2 生成对抗性网络 |
5.1.3 PSNet原理 |
5.1.4 基于相移原理的特征学习库建立 |
5.2 数值模拟分析 |
5.2.1 不同相位变化频率分析 |
5.2.2 不同噪声分布下的条纹图分析 |
5.3 实验数据分析 |
5.4 方法优势与适用范围 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 未来研究展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间的科研成果 |
致谢 |
(2)基于三维轮廓测量的关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§1.1 课题的研究背景与意义 |
§1.2 国内外研究现状 |
§1.2.1 接触式三维轮廓测量技术 |
§1.2.2 非接触式三维轮廓测量技术 |
§1.3 论文主要研究内容及章节安排 |
第二章 光学三维轮廓测量系统 |
§2.1 光学三维轮廓测量模型 |
§2.2 光栅投影测量结构 |
§2.3 物体高度的测量 |
§2.4 系统标定 |
§2.4.1 系统标定的意义 |
§2.4.2 系统标定的原理 |
§2.4.3 摄像机标定方法 |
§2.4.4 参考坐标系简介 |
§2.4.5 摄像机针孔模型 |
§2.4.6 摄像机镜头畸变 |
§2.4.7 摄像机标定 |
§2.5 本章小结 |
第三章 相位解包裹 |
§3.1 空域相位解包裹算法 |
§3.1.1 一维相位解包裹 |
§3.1.2 二维相位解包裹 |
§3.1.3 基于最小二乘法的相位解包裹算法 |
§3.1.4 Goldstein支切法 |
§3.1.5 离散余弦变换法 |
§3.2 时间相位解包裹算法 |
§3.2.1 多频投影条纹法 |
§3.2.2 时间相移法 |
§3.2.3 基于外差原理法 |
§3.2.4 格雷加相移法 |
§3.2.5 相位编码法 |
§3.3 质量引导不连续路径解包裹方法 |
§3.3.1 质量函数的选取 |
§3.3.2 解包裹的路径 |
§3.4 本章小结 |
第四章 相位解调 |
§4.1 莫尔技术 |
§4.2 小波变换法 |
§4.2.1 一维小波变换法 |
§4.2.2 二维小波变换法 |
§4.3 傅里叶变换轮廓术 |
§4.3.1 傅里叶变换轮廓术原理 |
§4.3.2 傅里叶变换轮廓术使用条件 |
§4.3.3 双频傅里叶变换轮廓术的原理 |
§4.3.4 傅里叶变换轮廓术频谱混叠问题 |
§4.4 相移法相位解调 |
§4.4.1 相移法的基本原理 |
§4.4.2 基于四步相移法的相位展开 |
§4.4.3 改进的相位展开方法 |
§4.5 本章小结 |
第五章 三维轮廓测量试验与分析 |
§5.1 光栅条纹的生成 |
§5.2 三维形貌测量试验 |
§5.3 实验结果分析 |
§5.4 误差补偿 |
§5.5 测量误差分析 |
§5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
§6.1 总结 |
§6.2 展望 |
参考文献 |
作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
(3)条纹投射技术中的全参数标定及畸变校正(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 光学三维测量技术现状 |
1.2.1 光学三维测量技术分类 |
1.2.2 应用领域 |
1.2.3 发展趋势 |
1.3 编码结构光技术现状 |
1.3.1 编码方法分类 |
1.3.2 条纹投射技术研究现状 |
1.3.3 条纹投射技术中存在的主要问题 |
1.4 本文内容简介 |
第二章 条纹投射系统的全参数标定 |
2.1 系统标定技术研究现状概述 |
2.1.1 摄像机标定技术 |
2.1.2 投影机标定技术 |
2.2 测量系统的全参数标定 |
2.2.1 测量系统模型 |
2.2.2 投影机参数标定方法 |
2.3 测量系统全参数标定实验 |
2.4 本章小结 |
第三章 条纹投射技术中的三维重建与畸变校正 |
3.1 三维重建方法概述 |
3.1.1 相位-深度映射 |
3.1.2 双目模型重建 |
3.2 投影机的镜头畸变校正方法 |
3.2.1 前校正技术 |
3.2.2 后校正技术 |
3.3 三维重建及畸变校正实验和分析 |
3.3.1 圆柱工件的三维测量 |
3.3.2 复杂面形物体的三维重建 |
3.3.3 结果分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于切比雪夫编码的时域相位去包裹方法 |
4.1 条纹图像的相位分析技术概述 |
4.1.1 条纹图像时域分析技术 |
4.1.2 条纹图像空域分析技术 |
4.1.3 条纹相位去包裹技术 |
4.2 基于切比雪夫多项式递推性质的时域相位去包裹方法 |
4.2.1 切比雪夫编码原理 |
4.2.2 相移条纹图的生成及包裹相位计算 |
4.2.3 条纹级次确定 |
4.2.4 噪声影响的分析及条纹级次校正 |
4.3 切比雪夫编码实验和分析 |
4.3.1 实验系统 |
4.3.2 实验结果 |
4.3.3 结果分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 投影机光强非线性误差自适应补偿方法 |
5.1 投影机光强非线性误差补偿方法概述 |
5.1.1 主动补偿方法 |
5.1.2 被动补偿方法 |
5.1.3 增加相移步数 |
5.2 投影机光强非线性引起的相位误差分析 |
5.3 基于双频条纹图的相位误差补偿算法 |
5.3.1 投影机光强非线性校正原理 |
5.3.2 数值模拟 |
5.4 基于单幅相位图的相位误差补偿方法 |
5.5 投影机光强非线性误差补偿实验和分析 |
5.5.1 基于双频条纹图的相位误差补偿算法验证实验 |
5.5.2 基于单幅相位图的相位误差补偿算法验证实验 |
5.5.3 结果对比和分析 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 主要研究成果总结 |
6.2 研究前景展望 |
附录 A arccos[ξ(x,y)]计算值方差 |
参考文献 |
作者在攻读博士学位期间发表的论文 |
致谢 |
(4)基于无迹卡尔曼滤波器的实时相位解包算法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 相位解包算法 |
1.2.2 FPGA实时处理技术 |
1.2.3 相位解包算法在相位调制型光纤传感领域的应用 |
1.3 论文主要工作 |
2 相位解包理论基础及其应用 |
2.1 相位解包分类及其原理 |
2.1.1 路径追踪算法 |
2.1.2 最小范数算法 |
2.1.3 噪声滤波算法 |
2.2 相位调制型光纤传感器原理 |
2.2.1 光纤相位调制原理 |
2.2.2 Michelson型光纤传感器基本原理 |
2.2.3 相位调制解调技术 |
2.3 本章小结 |
3 基于无迹卡尔曼滤波的相位解包算法 |
3.1 无迹卡尔曼滤波原理 |
3.2 强噪声条件下相位梯度信息的估计 |
3.2.1 相位梯度估计算法 |
3.2.2 算法实现 |
3.3 适用于相位解包系统的无迹卡尔曼算法参数 |
3.3.1 最优参数设计 |
3.3.2 实验验证 |
3.4 本章小结 |
4 基于FPGA高吞吐率相位解包算法架构实现 |
4.1 定点无迹卡尔曼滤波算法的数值精度分析 |
4.1.1 定点仿真原理 |
4.1.2 定点仿真设计 |
4.1.3 定点仿真精度分析 |
4.2 无迹卡尔曼滤波模块架构 |
4.2.1 系统状态模块 |
4.2.2 sigma点传递模块 |
4.2.3 状态预测模块 |
4.2.4 状态更新模块 |
4.2.5 仿真结果 |
4.3 基于FPGA硬件相位解包实现结果 |
4.4 本章小结 |
5 高吞吐率相位解包模块在光纤传感系统中的应用 |
5.1 实验装置结构 |
5.2 实验系统原理及系统搭建 |
5.2.1 Michelson干涉系统搭建 |
5.2.2 FPGA硬件整体架构 |
5.3 实验数据分析 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(5)基于光栅投影三维测量系统的解相位算法研究与应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 光栅投影三维测量系统研究现状 |
1.2.2 解相位算法研究现状 |
1.3 研究内容 |
1.4 章节安排 |
第二章 光栅投影三维测量系统 |
2.1 光栅投影三维测量基本原理 |
2.2 光栅投影三维测量系统组成 |
2.2.1 光栅投影设备 |
2.2.2 图像采集设备 |
2.2.3 数据处理与控制设备 |
2.3 三维轮廓测量方法简介 |
2.3.1 飞行时间法 |
2.3.2 傅里叶变换法 |
2.3.3 莫尔条纹法 |
2.3.4 相移法 |
2.4 四步相移相位测量原理 |
2.4.1 正弦光栅的生成 |
2.4.2 相位主值提取 |
2.5 本章小结 |
第三章 解相位算法研究与改进 |
3.1 解相位算法概述 |
3.1.1 解相位算法分类 |
3.1.2 时间解相位算法 |
3.1.3 空间解相位算法 |
3.2 解相位算法研究分析 |
3.3 解相位算法准确性改进 |
3.3.1 图像预处理 |
3.3.2 确定解相起始点 |
3.3.3 残差点标记及修复 |
3.4 解相位算法效率改进 |
3.4.1 CUDA架构 |
3.4.2 高质量并行解相位算法基本原理 |
3.4.3 高质量并行解相位算法流程设计 |
3.5 本章小结 |
第四章 高质量并行解相位算法实现与分析 |
4.1 高质量并行解相位算法具体实现 |
4.1.1 图像预处理 |
4.1.2 获取光条中心线 |
4.1.3 计算包裹相位 |
4.1.4 标记残差点 |
4.1.5 CUDA并行解相位 |
4.1.6 标记最终残差点 |
4.1.7 修复残差点得到终相位 |
4.2 高质量并行解相位算法与其他算法对比 |
4.2.1 算法效率 |
4.2.2 算法准确性 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(6)基于相位测量的瓷砖平整度检测技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 瓷砖检测技术国外研究现状 |
1.2.2 瓷砖检测技术国内研究现状 |
1.3 本论文主要内容和研究技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 研究技术路线 |
2 光学三维测量技术 |
2.1 接触式测量 |
2.2 非接触式测量 |
2.2.1 飞行时间法 |
2.2.2 干涉法 |
2.2.3 光学三角测量法 |
2.3 本章小结 |
3 基于光栅投影的三维轮廓测量技术 |
3.1 光栅投影法三维轮廓测量的基本原理 |
3.2 相位测量技术简介 |
3.2.1 相位测量轮廓术 |
3.2.2 傅里叶变换轮廓术 |
3.2.3 希尔伯特-黄变换 |
3.3 相位测量技术模拟与分析 |
3.3.1 相位测量轮廓术模拟与分析 |
3.3.2 希尔伯特-黄变换模拟与分析 |
3.4 相位去包裹 |
3.4.1 相位去包裹技术简介 |
3.4.2 最小二范数相位去包裹算法 |
3.5 三维轮廓测量系统搭建与测试 |
3.5.1 三维轮廓测量系统搭建 |
3.5.2 系统三维重建测试 |
3.6 本章小结 |
4 摄像机标定 |
4.1 参考坐标系简介 |
4.1.1 图像坐标系和像平面坐标系 |
4.1.2 摄像机坐标系与世界坐标系 |
4.2 摄像机模型 |
4.2.1 摄像机的针孔模型 |
4.2.2 摄像机的畸变模型 |
4.3 摄像机标定方法 |
4.4 张正友标定算法原理 |
4.5 摄像机标定实验 |
4.6 单目摄像机三维重建 |
4.7 本章小结 |
5 瓷砖平整度检测 |
5.1 瓷砖平整度检测标准 |
5.2 凸包的基本概念及算法实现 |
5.2.1 基本概念 |
5.2.2 二维凸包算法 |
5.2.3 三维凸包算法 |
5.3 KNN原理及实现 |
5.4 瓷砖特征点检测 |
5.4.1 方法1:直接检测法 |
5.4.2 方法2:点云投影检测法 |
5.5 瓷砖特征点检测实验 |
5.6 最小二乘法拟合瓷砖平面 |
5.7 平整度检测 |
5.8 瓷砖表面质量分析及中心弯曲度的改进 |
5.8.1 瓷砖表面质量分析 |
5.8.2 瓷砖中心弯曲度参数计算的改进 |
5.9 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(7)相位解包裹算法及在相位测量轮廓术中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题的应用背景和来源 |
1.1.1 光学三维测量技术 |
1.1.2 相位测量轮廓术的光学原理 |
1.2 相位展开算法的研究现状 |
1.2.1 国内研究现状综述 |
1.2.2 国外研究综述 |
1.3 本文研究的内容和结构 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 论文结构 |
2 相位解包裹算法的原理及相关概念 |
2.1 相位解包裹算法概述 |
2.1.1 —维位相解包裹原理简介 |
2.1.2 二维相位解包裹原理分析 |
2.1.3 相位解包裹算法的分类 |
2.2 关键因素分析 |
2.2.1 残差点 |
2.2.2 质量图 |
2.2.3 掩膜 |
2.3 相位解包裹结果的评估方法 |
2.3.1 直接观察法 |
2.3.2 相位再包裹法 |
2.3.3 不连续图法 |
2.4 本章小结 |
3 基于路径跟踪的相位解包裹方法研究 |
3.1 Goldstein“枝切”算法 |
3.2 质量图导向法 |
3.2.1 相位导数方程质量图 |
3.2.2 最大相位梯度质量图 |
3.2.3 二阶相位差分质量图 |
3.2.4 相干系数和伪相干系数质量图 |
3.3 数值模拟与分析 |
3.4 本章小结 |
4 基于最小范数的相位解包裹方法研究 |
4.1 最小二范数相位解包裹算法的数学推导 |
4.2 无权重最小二乘法相位解包裹基本原理 |
4.2.1 迭代法 |
4.2.2 离散余弦变换法 |
4.2.3 傅立叶变换法 |
4.3 加权重最小二乘法相位解包裹基本原理 |
4.3.1 Picard迭代法 |
4.3.2 预条件共轭梯度法(PCG) |
4.4 基于取整最小二乘的全局相位解包裹新方法 |
4.4.1 空间相位展开算法的基本原理 |
4.4.2 改进的取整最小二乘相位解包裹算法 |
4.5 数值模拟与分析 |
4.6 本章小结 |
5 相位解包裹算法在相位测量轮廓术中的应用 |
5.1 相移法提取相位主值 |
5.1.1 求解相位主值的原理 |
5.1.2 标准正弦光栅条纹生成 |
5.1.3 四步相移法 |
5.2 投影结构光三维测量系统 |
5.2.1 实验环境 |
5.2.2 实验数据的采集 |
5.2.3 实验包裹相位图的展开 |
5.3 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(8)一种新的质量图引导的路径预测区域增长算法(论文提纲范文)
0 引言 |
1 包裹相位图的获取 |
2 算法原理 |
2.1 残差计算 |
2.2 质量图 |
2.3 区域增长相位去包裹算法 |
3 实验数据及分析 |
4 结论 |
(9)基于电光效应的MEMS微结构动态测试研究(论文提纲范文)
摘要 |
英文摘要 |
第一章 绪论 |
1.1 MEMS发展概况及背景 |
1.2 国内外研究现状分析 |
1.3 本文主要研究工作和创新 |
第二章 MEMS微结构三维测量原理 |
2.1 MEMS测量系统总体框架 |
2.2 表面形貌测量原理 |
2.3 三维运动测量原理 |
2.3.1 频闪成像测量原理 |
2.3.2 面内运动测量原理 |
2.3.3 离面运动测量原理 |
2.4 同步控制原理 |
2.5 本章小结 |
第三章 MEMS微结构三维动态测量系统总体设计 |
3.1 光学成像模块 |
3.1.1 移相器的选择 |
3.2 图像采集模块 |
3.3 计算机与MCU通信模块 |
3.4 FPGA激励触发模块 |
3.5 数模电路转换模块 |
3.6 软件测量模块 |
3.7 同步控制系统的实验结果 |
3.8 本章小结 |
第四章 MEMS微结构面内运动测量 |
4.1 模板匹配的基本原理 |
4.2 亚像素定位算法 |
4.2.1 标准化协方差相关法 |
4.2.2 亚像素步长相关法 |
4.2.3 二次曲面拟合法 |
4.3 提高匹配速度 |
4.3.1 单纯形搜索法 |
4.3.2 序贯相似性检测算法 |
4.4 面内运动测量数据分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 MEMS微结构离面运动测量 |
5.1 传统路径去包裹算法 |
5.2 路径无关去包裹算法 |
5.2.1 最小二乘算法 |
5.3 路径跟踪去包裹算法 |
5.3.1 质量导向图算法 |
5.3.2 Goldstein分割线算法 |
5.4 新路径预测区域增长算法 |
5.4.1 包裹相位图的获取 |
5.4.2 残差计算 |
5.4.3 质量图 |
5.4.4 区域增长相位去包裹算法 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
读研期间发表论文和参加科研项目的情况 |
致谢 |
(10)双目光栅投影关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景和意义 |
1.2 光栅投影技术国内外研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
2 光栅投影基本理论 |
2.1 相位法光栅投影数学模型 |
2.2 单目光栅投影 |
2.3 双目光栅投影 |
2.3.1 摄像机标定 |
2.3.2 对极几何 |
2.3.3 双目视觉重建 |
2.4 本章小结 |
3 相位展开算法 |
3.1 相移算法 |
3.2 空间相位展开算法 |
3.3 时间相位展开算法 |
3.3.1 线性时间相位展开算法 |
3.3.2 指数时间相位展开算法 |
3.3.3 逆指数时间相位展开算法 |
3.3.4 简化指数时间相位展开算法 |
3.4 时间相位展开算法性能比较 |
3.6 实验结果讨论分析 |
3.7 本章小结 |
4 特征点匹配算法 |
4.1 基于二维相位特征匹配思想 |
4.2 邻域搜索特征点匹配算法 |
4.3 不连通区域匹配 |
4.4 基于极线约束特征点匹配算法 |
4.5 实验结果讨论分析 |
4.6 本章小结 |
5 双目光栅投影重建与测量系统 |
5.1 双目光栅投影重建与测量系统设计 |
5.1.1 系统体系结构图 |
5.1.2 系统功能模块 |
5.1.3 系统流程图 |
5.1.4 算法主要类图 |
5.2 系统开发平台与界面 |
5.2.1 开发平台 |
5.2.2 系统界面 |
5.3 本章小结 |
结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果 |
四、一种新的区域增长相位去包裹算法(论文参考文献)
- [1]光学条纹图深度学习处理技术研究[D]. 闫恪涛. 上海大学, 2021
- [2]基于三维轮廓测量的关键技术研究[D]. 李辰. 桂林电子科技大学, 2020(04)
- [3]条纹投射技术中的全参数标定及畸变校正[D]. 邢硕. 上海大学, 2020(02)
- [4]基于无迹卡尔曼滤波器的实时相位解包算法研究[D]. 钱婕妤. 南京理工大学, 2020(01)
- [5]基于光栅投影三维测量系统的解相位算法研究与应用[D]. 李幸. 西安石油大学, 2018(08)
- [6]基于相位测量的瓷砖平整度检测技术研究[D]. 任志奇. 西安科技大学, 2018(12)
- [7]相位解包裹算法及在相位测量轮廓术中的应用研究[D]. 刘稳. 中北大学, 2016(08)
- [8]一种新的质量图引导的路径预测区域增长算法[J]. 刘颖,张瑞峰,陈相舟,李锵,纪鑫,汪洋. 光电工程, 2016(01)
- [9]基于电光效应的MEMS微结构动态测试研究[D]. 刘颖. 天津大学, 2016(11)
- [10]双目光栅投影关键技术研究[D]. 邱运春. 西南科技大学, 2015(03)