基于相位测量的高精度、快速莫尔三维形貌测量方法的研究

该项目研究的一种快速三维形貌测量系统，将阴影莫尔轮廓测量技术和相位测量技术相结合，利用变光源频移进行解调相位的方法，可以提高莫尔轮廓测量技术的测量精度和测量速度，实现非接触、快速、无机械运动的高精度测量，为工业产品的轮廓在线检测和工业应用提供一个有效方法。该项目拟在提高莫尔条纹对比度，以及基于频移技术的相位解调方法和相位恢复等方面进行深入研究，以实现该项技术在电子工业、精密制造等领域的研究和测试需要。该技术是一项具有广泛应用前景的新型光电测试方法，具有重要的实用意义。

深入分析了阴影莫尔条纹的形成机理，对阴影莫尔光强函数进行了理论数值模拟，通过实验分析了莫尔条纹产生和测量深度之间关系，得到了阴影莫尔条纹对比度随测量深度产生周期性变化的规律，为阴影莫尔轮廓测量系统结构设计提供了理论依据；使用傅里叶技术，小波技术对莫尔条纹特点进行了可视化分析，建立三种降噪技术，并对其产生的效果进行了对比研究，提高了莫尔条纹信噪比；研究了相位-高度转换技术，对测量分辨力标定方法进行了改进，提出了基于移动光栅的测量分辨力标定方法，并通过实验对提出的方法的正确进行了验证，实现了测量空间内分辨力的高精度标定；研究了基于双树复小波的条纹降噪技术，利用双树复小波的移动不变性、方向性对条纹图噪音进行了有效抑制；对变光源相移阴影莫尔技术特点进行了深入研究分析，提出了运用主量分析法提取测量相位的方法，并对其产生的效果进行了对比研究，证实了该方法在振幅调制条件下提取测量相位的鲁棒性；研究了变精度相位解包裹技术，并对其进行了改进，提出了通过逻辑判断实现相位解包裹的方法，验证了该方法的正确性；分析了现有的相移算法在阴影莫尔技术中的应用特点，对经典的相位解调技术进行了改进，提出了一种迭代相移莫尔解调算法，消除了相移阴影莫尔技术的原理相移误差，使用自调算法进行迭代克服了阴影莫尔相移不匀的问题；提出基于任意相移的阴影莫尔相位解调算法，实验表明该算法适用于阴影莫尔轮廓相位解调，并优于传统相移算法；研究分析变光源相移莫尔技术特点，针对移动光源产生相移所产生的光场改变问题进行了研究，提出了基于螺旋变换的二帧阴影莫尔相位抽取技术，有效克服在变光源中由于光场变化不能正确抽取相位的问题，通过实验进行了验证。该项目通过对相位莫尔轮廓术的深入研究，在莫尔条纹图的噪声抑制、相位解调算法等方面取得了较大的进展，为莫尔轮廓测量技术的实用化打下了基础。