[發(fā)明專利]一種基于彩色相移條紋二次編碼的相位去包裹方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210064684.2
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102607465A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 李兵;劉丙才;李寶鵬;王沙威;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發(fā)明涉及物體三維輪廓的光電檢測領域，具體涉及一種基于彩色相移條紋二次編碼的相位去包裹方法。

背景技術

相位測量技術在三維輪廓測量中所獲得的實際相位分布與被測物體輪廓具有對應的函數(shù)關系，利用物相關系可得到所需要的被測物體三維信息。目前基于相位測量的輪廓測量方法采用反正切函數(shù)計算包裹相位，得到的是-π和+π之間的相位值，所以為了恢復連續(xù)相位分布，必須對包裹相位去包裹。

具體來講，設φ(x，y)為包裹相位(φ(x，y)∈[-π，+π])，Φ(x，y)為真實相位，則有：

Φ(x，y)＝φ(x，y)+2π·n(x，y)

去包裹的過程實際上就是求解上式中的整數(shù)n(x，y)，即通過求解的n(x，y)，進而得到真實相位Φ(x，y)。

迄今為止，發(fā)展出了很多相位去包裹方法。根據(jù)所采用的積分方法，相位去包裹的方法大致可分為兩類：整體法和局部法。整體法也稱為最小范數(shù)法，將相位去包裹轉(zhuǎn)化為求解數(shù)學中最小范數(shù)的極值問題。局部法也稱為路徑積分法，將可能的誤差傳遞限制在噪聲區(qū)域內(nèi)，通過選擇合適的積分路徑，隔絕噪聲區(qū)域。

其中整體法包括最小二乘法、加權最小二乘法、最小費用網(wǎng)絡流法等。

最小二乘法的實質(zhì)是求解滿足紐曼邊界條件的泊松方程，該方法的計算速度較慢，消費的時間較長，對噪聲平滑的過程中也會帶來較大的誤差。加權最小二乘法是以非加權的最小二乘法為基礎，所以加權最小二乘法雖然提高了準確性，但降低了求解速度。最小費用網(wǎng)絡流法，有很強的抗噪聲能力，也能很好地保持與包裹相位的一致性。但是，它主要是基于對InSAR包裹相位的處理，通常以InSAR圖中相關系數(shù)作為權重。如何確定加權矩陣是一個難點問題，對于三維輪廓的測量必然要提出新的加權矩陣才能更好的解決問題。

局部法包括相位跟蹤法、質(zhì)量導向圖法、區(qū)域分割法、細胞自動控制法等。

相位跟蹤法是傳統(tǒng)的相位去包裹算法，相位跟蹤法簡單易行、運算速度快，但對噪聲高度敏感，適合于質(zhì)量較好的原始相位圖。質(zhì)量導向圖算法以質(zhì)量圖為依據(jù)，去包裹從高質(zhì)量點開始終止于低質(zhì)量點，其缺點是不能保證消除所有壞點的影響，而且去包裹的成功與否依賴于質(zhì)量圖效果。基于區(qū)域分割的去包裹方法先把一幅包裹相位圖分割成幾個小的區(qū)域，對每個區(qū)域去包裹，然后再把各個子區(qū)域拼接起來。但當包裹圖的條紋形狀較復雜時，它常常不能保證去包裹結果的唯一性，經(jīng)常無法得到全局最優(yōu)解。細胞自動控制法無需預先找出誤差點，利用相鄰點相位連續(xù)這一準則便可以進行相位去包裹，步驟相對較少，能對一列像素同時進行去包裹運算，免除了噪聲及非連續(xù)點的影響。但該方法在局部迭代達到穩(wěn)定震蕩的過程中浪費了大量時間，特別是對含有大量噪聲的原始相位圖，去包裹效率很低。

申請?zhí)枮?00810236422.3、名稱為“彩色條紋編碼的相位去包裹方法”所提出的方法是一種彩色編碼結合相移技術的相位去包裹方法。該方法在獲得相移測量的包裹相位的基礎上，用彩色編碼條紋圖沿著條紋排列的垂直方向進行去包裹。該方法需投影一副彩色相移條紋圖和一副彩色編碼條紋圖才能完成相位去包裹；由于投影兩副條紋圖運算速度有待于進一步提高。

相位去包裹的研究一直是一個熱點問題，前人已經(jīng)做了相當多的研究工作。但相位去包裹方法仍面臨兩大困難：1.運算速度和精度不能很好兼顧；2.對于噪聲較嚴重的干涉條紋圖不能很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于彩色相移條紋二次編碼的相位去包裹方法，提高了數(shù)據(jù)處理效率，縮短了數(shù)據(jù)處理時間，減少了數(shù)據(jù)匹配的誤差，具有更快的去包裹速度。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種基于彩色相移條紋二次編碼的相位去包裹方法，包括以下步驟：

第一步，利用Matlab軟件把具有同周期和同振幅，但是相鄰條紋有相位差的三個正弦條紋圖疊加在一起，產(chǎn)生彩色相移條紋；

第二步，由投影儀投影彩色相移條紋至被測物體表面；

第三步，用彩色3CCD攝像機采集變形相移條紋圖，并通過彩色數(shù)字圖像卡將變形相移條紋圖像數(shù)據(jù)輸送至計算機；

第四步，用Matlab軟件把采集到的變形相移條紋圖分為三幅相移灰度圖像，利用三步相移技術求解變形相移條紋圖的相位分布，求得物體的包裹相位；