相位解包裹算法及在相位测量轮廓术中的应用研究

发布时间：2017-07-15 09:30

  本文关键词：相位解包裹算法及在相位测量轮廓术中的应用研究

  更多相关文章： 光学三维测量技术 相位测量轮廓术 最小二乘法 相位解包裹 相移法

【摘要】：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。
【关键词】：光学三维测量技术 相位测量轮廓术 最小二乘法 相位解包裹 相移法
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 选题的应用背景和来源11-14
• 1.1.1 光学三维测量技术11-12
• 1.1.2 相位测量轮廓术的光学原理12-14
• 1.2 相位展开算法的研究现状14-16
• 1.2.1 国内研究现状综述14-15
• 1.2.2 国外研究综述15-16
• 1.3 本文研究的内容和结构16-19
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 论文结构17-19
• 2 相位解包裹算法的原理及相关概念19-29
• 2.1 相位解包裹算法概述19-24
• 2.1.1 —维位相解包裹原理简介19-21
• 2.1.2 二维相位解包裹原理分析21-22
• 2.1.3 相位解包裹算法的分类22-24
• 2.2 关键因素分析24-26
• 2.2.1 残差点24-25
• 2.2.2 质量图25-26
• 2.2.3 掩膜26
• 2.3 相位解包裹结果的评估方法26-27
• 2.3.1 直接观察法26
• 2.3.2 相位再包裹法26-27
• 2.3.3 不连续图法27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 基于路径跟踪的相位解包裹方法研究29-36
• 3.1 Goldstein“枝切”算法29-30
• 3.2 质量图导向法30-33
• 3.2.1 相位导数方程质量图31
• 3.2.2 最大相位梯度质量图31-32
• 3.2.3 二阶相位差分质量图32
• 3.2.4 相干系数和伪相干系数质量图32-33
• 3.3 数值模拟与分析33-34
• 3.4 本章小结34-36
• 4 基于最小范数的相位解包裹方法研究36-54
• 4.1 最小二范数相位解包裹算法的数学推导36-38
• 4.2 无权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 离散余弦变换法39-41
• 4.2.3 傅立叶变换法41-42
• 4.3 加权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 预条件共轭梯度法（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 空间相位展开算法的基本原理45-47
• 4.4.2 改进的取整最小二乘相位解包裹算法47-49
• 4.5 数值模拟与分析49-52
• 4.6 本章小结52-54
• 5 相位解包裹算法在相位测量轮廓术中的应用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 标准正弦光栅条纹生成54-55
• 5.1.3 四步相移法55-56
• 5.2 投影结构光三维测量系统56-61
• 5.2.1 实验环境56-58
• 5.2.2 实验数据的采集58-59
• 5.2.3 实验包裹相位图的展开59-61
• 5.3 本章小结61-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 硕士期间发表的论文及所取得的研究成果70-71
• 致谢71-72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 葛磊;武芳;王鹏波;张冬林;;3维建筑综合中基于最小特征的面平移算法[J];测绘科学技术学报;2009年02期

2 骆雯,孙延明,陈振威,陈锦昌;判断点与封闭多边形相对关系的改进算法[J];机械;1999年03期

3 李林;卢显良;;一种基于切割映射的规则冲突消除算法[J];电子学报;2008年02期

4 刘巧玲;张红英;林茂松;;一种简单快速的图像去雾算法[J];计算机应用与软件;2013年07期

5 林亚平,杨小林;快速概率分析进化算法及其性能研究[J];电子学报;2001年02期

6 章郡锋;吴晓红;黄晓强;何小海;;基于暗原色先验去雾的改进算法[J];电视技术;2013年23期

7 杨铁军;靳婷;;一种动态整周模糊值求解算法及其仿真分析[J];系统工程与电子技术;2007年01期

8 周秀玲;郭平;陈宝维;王静;;几种计算超体积算法的比较研究[J];计算机工程;2011年03期

9 吴一戎,胡东辉,彭海良;Chirp Scaling SAR成象算法及其实现[J];电子科学学刊;1995年03期

10 王贵竹;一种产生单向分解值的算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 尹冀锋;;一种新的图象自适应增强算法[A];四川省通信学会一九九二年学术年会论文集[C];1992年

2 宁春平;田家玮;郭延辉;王影;张英涛;郑桂霞;刘研;;计算机辅助增强、分割算法在鉴别乳腺良、恶性肿块中的应用价值[A];中华医学会第十次全国超声医学学术会议论文汇编[C];2009年

3 谢丽聪;;SVB查询改写算法的改进[A];第二十一届中国数据库学术会议论文集（研究报告篇）[C];2004年

4 郑存红;;复杂背景下相关跟踪算法研究及DSP实现[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

5 杨文杰;吴军;;RFID抗冲突算法研究[A];2008通信理论与技术新进展——第十三届全国青年通信学术会议论文集（上）[C];2008年

6 高山;毕笃彦;魏娜;;一种基于UPF的小目标TBD算法[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年

7 周磊;张卫华;王晓奇;张军;;基于流水算法的智能路障机器人设计[A];2011年全国电子信息技术与应用学术会议论文集[C];2011年

8 潘巍;李战怀;陈群;索博;李卫榜;;面向MapReduce的非对称分片复制连接算法优化技术研究[A];第29届中国数据库学术会议论文集（B辑）（NDBC2012）[C];2012年

9 李伟伟;蔡康颖;郑新;王文成;;3D模型中重复结构的多尺度快速检测算法[A];第六届和谐人机环境联合学术会议（HHME2010)、第19届全国多媒体学术会议（NCMT2010）、第6届全国人机交互学术会议（CHCI2010）、第5届全国普适计算学术会议（PCC2010）论文集[C];2010年

10 杨任尔;陈恳;励金祥;;基于棱边方向检测的运动自适应去隔行算法[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 国泰君安资产管理部;“算法交易”是道指暴跌罪魁祸首?[N];上海证券报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 冯辉;网络化的并行与分布式优化算法研究及应用[D];复旦大学;2013年

2 许玉杰;云计算环境下海量数据的并行聚类算法研究[D];大连海事大学;2014年

3 李琰;基于猫群算法的高光谱遥感森林类型识别研究[D];东北林业大学;2015年

4 陈加顺;海洋环境下聚类算法的研究[D];南京航空航天大学;2014年

5 王洋;基于群体智能的通信网络告警关联规则挖掘算法研究[D];太原理工大学;2015年

6 周旭;复杂网络中社区发现算法研究[D];吉林大学;2016年

7 王冰;人工蜂群算法的改进及相关应用的研究[D];北京理工大学;2015年

8 张冬丽;人工蜂群算法的改进及相关应用研究[D];燕山大学;2014年

9 徐悦竹;机会发现算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 王征;分布式互斥算法的研究与实现[D];电子科技大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 姚鑫宇;EMD去噪与MUSIC算法在DOA估计中的联合应用[D];昆明理工大学;2015年

2 陆进;面向含噪数据聚类相关算法的研究[D];复旦大学;2014年

3 叶一舟;红外弱小目标检测算法研究[D];上海交通大学;2015年

4 王继重;基于Hadoop和Mahout的K-Means算法设计与实现[D];大连海事大学;2016年

5 何静;遥感图像的快速压缩算法研究[D];北京交通大学;2016年

6 章华燕;钢轨擦伤检测算法研究[D];北京交通大学;2016年

7 王一博;MODIS地震热异常的数据处理与算法研究[D];中国石油大学(华东);2014年

8 成鑫;基于组合优化问题的多目标模因算法的研究[D];南京航空航天大学;2015年

9 傅致晖;基于协同分割的视频目标分割算法研究[D];上海交通大学;2015年

10 张媛;运动车辆检测与跟踪算法的研究与实现[D];大连海事大学;2016年

，

本文编号：543299