相位解包裹算法及在相位測(cè)量輪廓術(shù)中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)物體表面輪廓的缺陷、尺寸以及自由曲面等的檢測(cè)越來(lái)越頻繁，而且檢測(cè)精度的要求也不斷提高，經(jīng)典接觸式的檢測(cè)方法已經(jīng)不再適用，為了解決這一問(wèn)題，光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)是一種非接觸、高精度投影結(jié)構(gòu)光或自然光的表面形貌測(cè)量技術(shù)，這種技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電子、汽車(chē)、機(jī)械加工、紡織等現(xiàn)代工業(yè)中，例如生物醫(yī)藥、人體檢測(cè)、自動(dòng)加工、在線測(cè)量等等。
　　相位測(cè)量輪廓術(shù)是光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)中的

2、一種主動(dòng)測(cè)量方式，其具備光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。然而，從相位測(cè)量輪廓術(shù)中采集的相位信息是通過(guò)計(jì)算反三角函數(shù)得到的，相位值被截?cái)嘣???,??的主值區(qū)域中，顯現(xiàn)出不連續(xù)分布，這樣測(cè)量得到的被測(cè)物表面形貌產(chǎn)生失真現(xiàn)象，為了解決這一問(wèn)題就必須進(jìn)行相位解包裹操作。由此可見(jiàn)，相位解包裹在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中起著舉足輕重的作用。因此，本文主要研究的內(nèi)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(lài)、路徑跟蹤）和全局（獨(dú)立的路徑、最小范

3、數(shù)）的方法。局部法是一類(lèi)快速而簡(jiǎn)單的計(jì)算相位展開(kāi)的算法，這種算法的最大的缺點(diǎn)是選擇一個(gè)合適的積分路徑很困難，而且運(yùn)算速度慢，如枝切法、質(zhì)量圖導(dǎo)向法等；全局法是一類(lèi)不依賴(lài)路徑進(jìn)行解包裹的最優(yōu)化算法，由于它沒(méi)有對(duì)誤差區(qū)域（噪聲、欠采樣、孔洞等）進(jìn)行處理，從而影響相位展開(kāi)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(méi)有一種相位解包裹算法能解決所有的問(wèn)題。
　　為了解決誤差區(qū)域和積分路徑的限制，以及達(dá)到快速解包裹的要

4、求，本文提出了基于取整最小二乘相位展開(kāi)的新方法，它是一種簡(jiǎn)單而高效的全局算法。不同于傳統(tǒng)的相位展開(kāi)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(diǎn)的傳播和過(guò)平滑影響較小。在仿真和實(shí)驗(yàn)這兩種情況下，分別使用改進(jìn)的取整最小二乘法與經(jīng)典的切枝法、快速傅里葉變換法（FFT）、質(zhì)量圖導(dǎo)向法（QG）、最小費(fèi)用流法（MCF）進(jìn)行對(duì)比，得出以下結(jié)論：MCF精度最高，F(xiàn)FT運(yùn)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