[發明專利]基于GPU并行計算小波變換的光學條紋圖相位提取方法有效

申請號：	201410229216.5	申請日：	2014-05-28
公開（公告）號：	CN103983212B	公開（公告）日：	2017-07-14
發明（設計）人：	余程;李思坤;王向朝	申請（專利權）人：	中國科學院上海光學精密機械研究所
主分類號：	G01B11/25	分類號：	G01B11/25
代理公司：	上海新天專利代理有限公司31213	代理人：	張澤純
地址：	201800 上海***	國省代碼：	上海;31
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	基于 gpu 并行計算變換光學條紋相位提取方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【權利要求書】：

1.一種用于結構光投影的三維面形測量的基于GPU并行計算小波變換的光學條紋圖相位提取方法，特征在于該方法使用CPU作為主機端和GPU作為設備端的計算平臺對CCD獲取光學條紋圖進行處理，包括以下步驟：

1)在待測物體表面的斜上方設置投影儀，在待測物體表面的斜上方的同一水平面設置所述的投影儀和CCD相機，所述的CCD相機與CPU的輸入端相連，該CPU與GPU相連，所述的CCD相機與待測物體所在的參考平面的距離為L₀，所述的投影儀與所述的CCD相機之間的距離為d，投影儀投影正弦結構條紋到被測物體表面，CCD獲取光學條紋圖，CPU讀入CCD獲取的光學條紋圖；尺度因子a對小波母函數進行了伸縮變換，小波函數長度隨著尺度因子的取值不同而產生變化；光學條紋圖中的結構光方向為圖形的行方向，設為x方向，列方向設為y方向；若尺度因子為a時的小波函數長度為L_a，光學條紋圖的尺寸為M pixel×N pixel，其中M為y方向的光學條紋圖尺寸，N為x方向光學條紋圖尺寸，小波函數先在結構方向通過左右對稱地賦0值擴展為長度為L_a+N-1數組，然后在y方向復制成大小為M×(L_a+N-1)的小波矩陣；并根據光學條紋圖分辨率以及小波變換中用到的尺度因子大小和數目n，生成各個尺度對應的小波矩陣，并將n個小波矩陣與圖像傳輸至設備端GPU的內存；

2)所述的設備端GPU根據小波變換輪廓術逐個計算每個尺度因子下光學條紋圖的小波變換系數矩陣，并將所有小波變換系數矩陣傳回主機端CPU，計算過程如下：

光學條紋圖第y行的強度信息如公式(1)所示：

I'(x)_y＝I_1y+I_2ycos(2πfx+Δφ(x)_y) (1)

其中，I_1y為背景光強度，I_2y為條紋的調制度，f為投影條紋的基頻，Δφ(x)_y為由待測物體高度信息引起的調制相位；

采用Morlet復小波對第y行強度信息進行連續小波變換：

其中，W(a,b)_y為第y行小波變換系數，為母波函數Ψ(x)的子波函數，a為尺度因子，b為平移因子，是ψ_a,b(x)的復共軛函數，為卷積核，表示傅立葉變換，表示傅立葉逆變換；

根據公式(2)小波系數的求解過程，包含了兩次傅里葉變換加一次逆傅里葉變換運算，其中對于小波矩陣的傅里葉變換過程與測得的光學條紋圖強度數據無關，在讀取光學條紋圖前在主機端CPU執行，將小波矩陣做傅里葉變換之后的作為輸入傳至設備端GPU，以減少設備端GPU運算量，減少解調過程中的運算時間；

小波變換系數矩陣W(a,b)是光學條紋圖每一行強度信息小波變換之后所求的小波系數合集，式中M為光學條紋圖的行數；

3)主機端CPU按下列式(3)從所述的n個小波變換系數矩陣W(a,b)求取小波脊矩陣，按式(4)從小波脊矩陣中求得包裹相位，解包裹之后得到連續的相位分布，再根據測量光路的幾何參數按(5)式恢復待測物體形貌：

取小波變換系數矩陣第b列在所有尺度因子a方向模的極大值點，作為小波變換脊；

ridge(b)_y＝max[|W(a,b)_y|] (3)

各元素的幅角即為所需包裹相位：

$<mrow><mi>φ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mi>i</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><msub><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>)</mo></mrow><mi>y</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>a</mi><mi>n</mi><mo>{</mo><mfrac><mrow><mi>Im</mi><mo>[</mo><mi>r</mi><mi>i</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><msub><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>)</mo></mrow><mi>y</mi></msub><mo>]</mo></mrow><mrow><mi>Re</mi><mo>[</mo><mi>r</mi><mi>i</mi><mi>d</mi><mi>g</mi><mi>e</mi><msub><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>)</mo></mrow><mi>y</mi></msub><mo>]</mo></mrow></mfrac><mo>}</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>$

在遠心光路條件下，L₀＞＞h(x,y)，被測物體高度分布與調制相位的關系為：

$<mrow><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>f</mi><mi>d</mi></mrow></mfrac><mi>Δ</mi><mi>φ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>$

下載完整專利技術內容需要扣除積分，VIP會員可以免費下載。

免登錄下載普通用戶下載升級VIP會員，免費下載

該專利技術資料僅供研究查看技術是否侵權等信息，商用須獲得專利權人授權。該專利全部權利屬于中國科學院上海光學精密機械研究所，未經中國科學院上海光學精密機械研究所許可，擅自商用是侵權行為。如果您想購買此專利、獲得商業授權和技術合作，請聯系【客服】

本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201410229216.5/1.html，轉載請聲明來源鉆瓜專利網。