双频投影条纹相位展开方法的改进

雷经发; 陈志强; 张淼; 孙虹; 李永玲

doi:10.37188/OPE.20212906.1337

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双频投影条纹相位展开方法的改进

现代应用光学 | 更新时间：2021-07-03

- 双频投影条纹相位展开方法的改进
- Improvement of phase unwrapping method for dual-frequency projection fringe
- 光学精密工程 2021年29卷第6期页码：1337-1345
- 作者机构：
  
  1.安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽合肥 230601
  2.工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室，安徽合肥 230601
  3.安徽省仿真设计与现代制造工程技术研究中心，安徽黄山 245041
- 作者简介：
  
  [ "雷经发（1978-），男，安徽巢湖人，博士，教授，硕士生导师，2004年、2010年于四川大学分别获得硕士、博士学位，现为安徽建筑大学机械与电气工程学院副院长，主要从事视觉检测、人机工程等方面的研究。E-mail： rain78828@163.com" ]
  [ "陈志强（1996-），男，安徽滁州人，硕士研究生，2017年于安徽建筑大学获得学士学位，主要从事光栅投影三维测量方法的研究。E-mail： 915877625@qq.com" ]
- 基金信息：
  
  安徽省重点研究与开发计划资助项目(1804a09020009);安徽省高等学校自然科学研究重点项目(KJ2019A0709);安徽省仿真设计与现代制造工程技术研究中心开放研究项目(SGCZXYB1806);过程装备与控制工程四川省高校重点实验室开放基金资助项目(GK201819);安徽建筑大学引进人才及博士启动基金项目资助(2018QD38)
- DOI：10.37188/OPE.20212906.1337
  中图分类号： TP391
- 收稿日期：2020-08-24，
  
  修回日期：2020-10-22，
  
  纸质出版日期：2021-06-15
- 稿件说明：
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雷经发,陈志强,张淼等.双频投影条纹相位展开方法的改进[J].光学精密工程,2021,29(06):1337-1345.

LEI Jing-fa,CHEN Zhi-qiang,ZHANG Miao,et al.Improvement of phase unwrapping method for dual-frequency projection fringe[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1337-1345.
雷经发,陈志强,张淼等.双频投影条纹相位展开方法的改进[J].光学精密工程,2021,29(06):1337-1345. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1337.

LEI Jing-fa,CHEN Zhi-qiang,ZHANG Miao,et al.Improvement of phase unwrapping method for dual-frequency projection fringe[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1337-1345. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1337.

摘要

为解决双频外差法展开条纹相位中出现跳跃性变化的问题，提出了一种改进方法。首先，根据外差原理计算出条纹级数的小数部分，再由该条纹级数对应频率的光栅条纹的相位主值计算出当前小数部分的实际值。然后，根据相位主值自身误差设置判定阈值，并用该阈值对上述计算值与实际值的差值进行判断。最后，根据判断结果对中间参量的周期次数进行加或减的调整，以校正绝对相位。通过在仿真双频条纹图案的相移图中加入不同均值和方差的高斯噪声，对比校正前后的相位图，分析了改进方法对相位跳跃性误差的校正率，并通过样件实测实验来验证该方法的实用效果。实验结果表明，该改进方法对绝对相位跳跃性误差的校正率可达90%以上，具有较强的抗噪性和实用性。

Abstract

To address the problem of abrupt changes during the phase unwrapping of fringes using the dual-frequency heterodyne method， we proposed an improved method in this study. First， the fractional part of the fringe order at a frequency was calculated based on the heterodyne principle， and the actual value of the current decimal part was calculated based on the phase principal value of the grating fringe corresponding to the frequency of the fringe order. Second， the difference between the decimal parts of the above two values was determined using a set threshold based on the inherent error of the phase principal value. Finally， the absolute phase was corrected by adding or subtracting the cycle number of the intermediate parameter based on the determination results. By adding Gaussian noise with different mean values and variances to the phase shift diagram of the simulated dual-frequency fringe pattern， and comparing the phase diagrams before and after correction， the correction rate of the improved method for phase jump errors was analyzed. In addition， the practical effect of the method was verified through actual measurement experiments of samples. The experimental results indicate that the improved method yields a correction rate of over 90% for absolute phase jump errors， with a high practicability and immunity to noise.

关键词

Keywords

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