[發(fā)明專利]一種基于質(zhì)量圖的相位解包裹方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710953606.0
• 申請(qǐng)日: 2017-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107730491B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亮;劉義軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/44;G06T7/66
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于質(zhì)量圖的相位解包裹方法，其特征在于：

M為包裹相位圖像像素橫向坐標(biāo)最大值，N為包裹相位圖像像素縱向坐標(biāo)最大值；包裹相位為取值范圍為其中i為包裹相位圖像像素橫向坐標(biāo)值，0≤i≤M；j為包裹相位圖像像素縱向坐標(biāo)值，0≤j≤N；真實(shí)相位為φ_i,j，并有k_i,j為包裹周期；

該方法步驟如下：

步驟1：通過(guò)攝像設(shè)備拍攝并用相應(yīng)圖像處理方法得到包含被測(cè)物體三維信息的有M×N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的二維相位包裹圖；

利用四步相移法獲得相位包裹圖的流程如下：在采用四步相移法時(shí)，先由攝像機(jī)拍攝沒(méi)有物體加載時(shí)候的四幅頻率相差為的光強(qiáng)圖；然后由攝像機(jī)拍攝有物體加載時(shí)候的四幅頻率相差為的光強(qiáng)圖；經(jīng)過(guò)反正切處理之后，得到一幅大小為M×N的二維相位包裹圖；

步驟2：分別設(shè)置水平方向X和豎直方向Y的權(quán)重算子和

水平方向X上的權(quán)重算子為

水平方向Y上的權(quán)重算子為

其中與分別表示點(diǎn)(k,l)在水平與豎直方向的權(quán)重，下劃線元素為模板的處理點(diǎn)；通過(guò)賦予不同的權(quán)重值獲取不同的處理算子；但處理算子必須滿足在平坦區(qū)域?qū)?yīng)點(diǎn)加權(quán)梯度為零和在灰度階梯或者余坡的起始點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的加權(quán)梯度值不為零這兩個(gè)條件；

根據(jù)圖像情況選擇Prewitt算子，Sobel算子或Laplacian算子；

步驟3：對(duì)包裹相位圖進(jìn)行相位跳變處理，得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)的加權(quán)梯度值，進(jìn)而遍歷全圖獲取水平和垂直方向?qū)?yīng)的加權(quán)梯度圖；

點(diǎn)(k,l)在水平方向X上的加權(quán)梯度算子為

點(diǎn)(k,l)在豎直方向Y上的加權(quán)梯度算子為

水平方向X跳變處理公式為

豎直方向Y上的跳變處理公式為

應(yīng)用水平方向X跳變處理公式和豎直方向Y上的跳變處理公式對(duì)經(jīng)過(guò)加權(quán)梯度算子進(jìn)行跳變處理，使加權(quán)梯度的值落在合理范圍之內(nèi)；

在經(jīng)過(guò)Prewitt算子處理后，圖形包裹相位數(shù)據(jù)在點(diǎn)(a,b)處水平方向X上的梯度值為

在點(diǎn)(a,b)處豎直方向Y上的梯度值為：

步驟4：根據(jù)基于方差的相關(guān)性公式原理設(shè)置新的質(zhì)量圖質(zhì)量函數(shù)并求出每一個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量值；

Δ_i,j與Δ_i+k,j+l分別為以點(diǎn)(m,n)和點(diǎn)(m+k,n+l)為中心，在(2p+1)×(2q+1)鄰域范圍內(nèi)的相位梯度；m,n,l,k，p，q均為整數(shù)；為以(m+k,n+l)為中心，在(2p+1)×(2q+1)鄰域范圍內(nèi)的相位梯度均值；以(m+k,n+l)為中心，在(2p+1)×(2q+1)鄰域范圍內(nèi)的相位梯度值對(duì)以(m,n)為中心，在(2p+1)×(2q+1)鄰域范圍內(nèi)一點(diǎn)相位梯度值的條件期望；

質(zhì)量函數(shù)原型的方差相關(guān)性公式為

為y對(duì)x的條件期望；當(dāng)與x無(wú)關(guān)的時(shí)候，為y對(duì)x的條件期望，此時(shí)R²＝0；當(dāng)時(shí)，R²＝1；當(dāng)x,y都是正態(tài)分布時(shí)，是x的線性相關(guān)的，由相關(guān)性公式導(dǎo)出線性相關(guān)公式；若不是，質(zhì)量函數(shù)原型正確反映在非線性相關(guān)情況下x,y之間的相關(guān)關(guān)系；

選擇相應(yīng)l和k的值，根據(jù)質(zhì)量函數(shù)公式分別獲取其在水平和豎直方向上的相關(guān)系數(shù)，得到圖像上的每一個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量值q；

(m,n)點(diǎn)處的質(zhì)量值q表示如下：

步驟5：按照質(zhì)量值對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行排序，選擇質(zhì)量最高的像素點(diǎn)作為起始點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)，然后根據(jù)質(zhì)量值的高低對(duì)整個(gè)包裹相位圖進(jìn)行展開(kāi)；

通過(guò)加權(quán)梯度因子處理包裹圖像，最大程度的消除噪聲、欠采樣因素的影響，進(jìn)而獲得一個(gè)更加準(zhǔn)確的梯度值；通過(guò)基于方差相關(guān)性公式構(gòu)建的質(zhì)量函數(shù)進(jìn)行相位解包裹操作，準(zhǔn)確的判斷出圖像不同區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的相關(guān)性，并根據(jù)相關(guān)性得到圖像實(shí)際相位不連續(xù)、噪聲和欠采樣相位不理想?yún)^(qū)域，以及相位連續(xù)，相位質(zhì)量可靠的理想?yún)^(qū)域，進(jìn)而獲得一個(gè)合適的展開(kāi)路徑。