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二维相位展开算法的研究

作　者: 吴明云
导　师: 王晋疆
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 相位展开 图切割 剪切相移散斑干涉术 MRF-MAP框架 能量最小化
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 7次
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内容摘要


相位测量技术，以相位作为测量信息的载体，由于相位自身的周期变化性，只可以2为周期被记录，故两大主流的相位提取算法：Fourier变换法和相移法，只可得到包裹相位，相位展开是相位测量技术无法回避的问题。Itoh条件指出了相位展开误差的根源，实际相位图相邻相位点的差分无法保证在以内，为了减少不可靠相位的影响，路径跟踪算法通过枝切线或者质量图选择合适的展开路径，最小二乘法则直接求解目标函数，拟合得到展开相位图，两者的优势分别为：前者只对包裹相位图做2整数倍改变，不会扭曲原始相位数据，后者能够保证展开相位全局连续。但是对于高噪声的包裹相位图，路径跟踪法中的枝切线和质量图无法指导相位展开路径，展开相位图中会出现无法展开的区域，展开相位整体不连续，最小二乘法在拟合展开相位的过程中会扭曲压缩原始相位数据，无法保证相位的一致性。本文设计的高抗噪的相位展开算法结合了两者的优势：即在只对包裹相位图做2整数倍改变的约束条件下，保证展开相位全局连续。本文对相位场进行Markov随机场建模，建立一个包裹相位图的观测模型，在相位估计只做2整数倍改变和保证相位全局连续的约束下，推导出相位估计的能量函数，利用图切割优化技术最小化该能量函数。本文分析了新算法的抗噪性，发现新算法中势能函数越连续，抗噪性能就越好，但是处理时间会更长。在剪切相移散斑干涉系统中，为了确定被测轮胎面形变的应变场和离面位移，本文的处理流程是：利用新算法直接展开未经滤波的散斑包裹相位图，得到轮胎形变的应变场，均值滤波减少应变场的噪声，在滤波后的应变场中选取零值端后，从该零值端开始逐行累加得到轮胎面的离面位移。由于轮胎面形变的真实应变场和离面位移不可知，应该首先验证上述处理流程的合理性。本文数值模拟出散斑包裹相位图，然后按照该处理流程恢复出应变场和离面位移，与真实值对比后发现：该流程可准确得到应变场和离面位移。本文最后按照该流程处理实际测量中得到的包裹相位图，得到轮胎面形变的应变场和离面位移。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 课题来源以及应用背景  8-16
    1.1.1 干涉合成孔径雷达  8-10
    1.1.2 结构光投影三维轮廓术  10-11
    1.1.3 数字全息术  11-13
    1.1.4 电子散斑干涉技术  13-16
  1.2 相位展开算法的研究现状  16-17
  1.3 本论文的研究内容和结构  17-19
第二章 现有相位展开算法的分析  19-35
  2.1 Itoh 条件  20-23
  2.2 路径跟踪法  23-28
    2.2.1 枝切法  23-26
    2.2.2 质量图导向法  26-28
  2.3 最小二乘相位展开法  28-31
  2.4 相位展开算法的抗噪能力  31-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 MRF-MAP 框架下的相位展开  35-46
  3.1 视觉中的标号问题  35-36
  3.2 Markov 随机场  36-39
  3.3 MRF-MAP 框架  39-40
  3.4 MRF-MAP 框架下的相位展开  40-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章 相位展开问题中的能量最小化  46-54
  4.1 图切割理论  46-48
  4.2 基于图切割的相位展开算法  48-52
  4.3 新算法的抗噪性能分析  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 剪切相移散斑干涉术中的相位展开  54-68
  5.1 剪切散斑干涉术的光学原理  54-57
  5.2 相移剪切散斑干涉系统  57-60
    5.2.1 光源和被测物夹持装置  57
    5.2.2 Michelson 干涉系统  57-58
    5.2.3 相移装置  58-59
    5.2.4 图像采集系统  59-60
  5.3 相移剪切散斑干涉中包裹相位图的展开  60-67
    5.3.1 数值模拟散斑包裹相位图的展开  60-63
    5.3.2 实验散斑包裹相位图的展开  63-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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