单幅变形光栅条纹图的相位提取与优化方法

"这篇论文研究了如何从单幅变形光栅条纹图中提取相位信息，主要探讨了两种改进方法：基于频移法和基于希尔伯特变换的相移法。这两种方法都适用于简化操作并降低计算复杂度，特别适合快速测量。论文中详细介绍了光学三维测量技术的基础，包括投影条纹法的原理，以及如何从变形条纹图中获取物体表面的三维形貌信息。同时，讨论了现有的相位提取和解包裹算法，以及相位与高度之间的转换关系。" 光学三维测量技术是一种重要的非接触式测量技术，因其高精度和高分辨率而在诸多领域如工业检测、生物医学和文物数字化等方面有着广泛应用。投影条纹法是这种技术的核心，它依赖于投影仪将条纹图案投射到物体表面，由物体的三维形貌改变条纹形状，然后通过摄像机捕获这些变形的条纹图像。 条纹图的光强分布可以看作是背景光强与调制条纹光强的叠加，其中包含了与物体高度相关的相位信息。提取相位是解析条纹图像的关键步骤，这通常可以通过傅里叶变换法或相移法来实现。傅里叶变换法通过对条纹图像进行傅里叶变换来获取相位信息，而相移法则利用不同相位偏移的条纹图像来解算相位。然而，这些方法往往需要处理载波相位成分，这可能增加计算复杂度。 论文提出的改进方法中，频移法通过伸缩窗口傅里叶变换优化基频提取，从而更准确地获得相位。另一方面，基于希尔伯特变换的相移法利用软件模拟物理相移，结合求平均相位斜率的方法，有效地去除了载波相位成分。这两种方法的共同优点是仅需单幅条纹图像，操作简便且计算复杂度相对较低，对于实时或快速测量非常有利。 为了从相位信息中获取物体的三维形貌，通常需要对投影系统进行标定，以建立相位到高度的转换关系。虽然有一些方法可以避免直接去除载波相位，但这些方法通常计算量大且复杂。因此，研究者们寻求更为简便和稳定的方法，以提高系统的实用性。 这篇论文的研究成果为从单幅变形光栅条纹图中高效准确地提取相位提供了解决方案，对于改进光学三维测量技术的性能具有积极意义。这些方法有望在未来的光学测量系统中得到广泛应用。