光學(xué)相位測(cè)量技術(shù)，作為現(xiàn)代科學(xué)與工業(yè)檢測(cè)的核心工具，憑借其非接觸、高分辨率、高速及全場(chǎng)自動(dòng)化的特性，在機(jī)器視覺(jué)、生物醫(yī)學(xué)、納米結(jié)構(gòu)分析等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。該技術(shù)通過(guò)在物體表面生成周期性條紋圖案，利用干涉或投影方式，將物體的物理信息如形狀、位移、應(yīng)變等編碼在條紋相位中。相位測(cè)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)乎三維重建的精度，而相位展開(kāi)技術(shù)則是解決相位模糊、獲取無(wú)歧義相位分布的關(guān)鍵。
近年來(lái)，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的崛起為光學(xué)相位測(cè)量帶來(lái)了新的突破。在結(jié)構(gòu)光三維成像領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)已被應(yīng)用于條紋分析、相位恢復(fù)及三維重建等環(huán)節(jié)，展現(xiàn)出強(qiáng)大的潛力。然而，現(xiàn)有的深度學(xué)習(xí)相位展開(kāi)方法面臨泛化性不足的問(wèn)題，尤其是在處理未知條紋頻率時(shí)，精度會(huì)大幅下降。傳統(tǒng)方法往往局限于單模態(tài)操作，一旦訓(xùn)練完成，難以適應(yīng)不同的相位展開(kāi)算法，這限制了其靈活性。
針對(duì)這些問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種融合物理先驗(yàn)的多模態(tài)自適應(yīng)時(shí)間相位展開(kāi)方法（MA-TPU），該方法結(jié)合了輕量級(jí)BiSeNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與物理模型中的初始條紋級(jí)次信息，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確可靠的相位解包裹預(yù)測(cè)。MA-TPU不僅在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)相當(dāng)?shù)那闆r下，預(yù)測(cè)速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的UNet網(wǎng)絡(luò)，還能夠在無(wú)需重新訓(xùn)練的前提下，支持多頻法、多波長(zhǎng)法和數(shù)論法三種相位展開(kāi)模態(tài)。這意味著，對(duì)于不同頻率和成像系統(tǒng)采集的條紋圖像，MA-TPU都能進(jìn)行高效的相位展開(kāi)。
MA-TPU網(wǎng)絡(luò)采用U型結(jié)構(gòu)，包含編碼器和譯碼器兩部分。它利用多路徑模塊提取多尺度信息，通過(guò)上下文路徑和空間路徑分別捕捉不同尺度下的信息和保留圖像細(xì)節(jié)。在譯碼器部分，全局上下文信息和特征融合模塊被引入，以增強(qiáng)相位展開(kāi)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，MA-TPU在多種條件下均表現(xiàn)出色，尤其是在高光柵頻率和高噪聲環(huán)境中，其穩(wěn)定性和魯棒性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法和未引入物理先驗(yàn)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。
為了驗(yàn)證MA-TPU的有效性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。在已知系統(tǒng)參數(shù)下，MA-TPU在三種模態(tài)中的表現(xiàn)均優(yōu)于其他方法，即使在高噪聲和高光柵頻率條件下也保持了最低的相位展開(kāi)錯(cuò)誤率。在另一套未見(jiàn)過(guò)的條紋投影系統(tǒng)中，MA-TPU同樣展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，尤其在面對(duì)未見(jiàn)過(guò)光柵頻率和高噪聲水平時(shí)，其性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法和未引入物理先驗(yàn)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景測(cè)試中，MA-TPU也表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性和噪聲抑制能力。
這項(xiàng)研究不僅提升了光學(xué)相位測(cè)量的精度和泛化能力，還為深度學(xué)習(xí)方法在不同三維重建場(chǎng)景中的應(yīng)用提供了新思路。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，光學(xué)測(cè)量技術(shù)將繼續(xù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。凱視邁（KathMatic）作為國(guó)產(chǎn)高端光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器的佼佼者，致力于高精尖光學(xué)測(cè)量技術(shù)的研發(fā)與制造，其推出的KC系列多功能精密測(cè)量顯微鏡、KS系列超景深3D數(shù)碼顯微鏡以及KV系列激光多普勒測(cè)振系統(tǒng)，已在市場(chǎng)上取得了良好反響，為科研與工業(yè)檢測(cè)提供了有力支持。
