[發(fā)明專利]一種基于可靠度的加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711226954.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107977939B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)利平;張海燕;陳本永
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于可靠度的加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)計(jì)算方法。通過(guò)工業(yè)相機(jī)設(shè)備拍攝采集待測(cè)物的散斑干涉圖，經(jīng)過(guò)圖像處理獲得包含待測(cè)物三維信息的二維相位包裹圖；利用包裹相位值的二階差分計(jì)算獲得相位包裹圖中每一點(diǎn)的可靠度；計(jì)算確定可靠度閾值，計(jì)算獲得二值化掩膜因子作為加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)權(quán)重，進(jìn)行迭代計(jì)算，獲得最終真實(shí)相位。本發(fā)明不僅具有加權(quán)最小二乘計(jì)算方法提供平滑解的優(yōu)點(diǎn)，并具有計(jì)算速度快、精度高、有效抑制噪聲傳播和消除平滑效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字散斑干涉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于可靠度的加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)計(jì)算方法。

背景技術(shù)

數(shù)字散斑干涉技術(shù)(Digital Speckle Pattern Interferometry,DSPI)是一種激光技術(shù)與數(shù)字圖像處理相結(jié)合的光學(xué)干涉測(cè)量技術(shù)，與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，具有高精度、非接觸無(wú)損害、高靈敏度和全場(chǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航天航空、生物醫(yī)學(xué)、船舶制造等領(lǐng)域。相位展開(kāi)是DSPI技術(shù)應(yīng)用中最為關(guān)鍵的步驟，直接影響測(cè)量精度。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了很多相位展開(kāi)計(jì)算方法。其中，最小二乘相位展開(kāi)計(jì)算方法利用包裹相位的離散偏微分與真實(shí)相位的離散偏微分之差最小的準(zhǔn)則來(lái)解包裹可以消除拉線現(xiàn)象，得到平滑解，是一種簡(jiǎn)單穩(wěn)健、運(yùn)算速度快且對(duì)內(nèi)存要求小的最為常用的計(jì)算方法。但當(dāng)包裹相位中存在噪聲點(diǎn)、零幅值點(diǎn)、低調(diào)制度點(diǎn)時(shí)，最小二乘相位展開(kāi)計(jì)算方法無(wú)法得到正確解。加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)計(jì)算方法通過(guò)權(quán)重來(lái)加以克服噪聲等帶來(lái)的影響，但是引入的權(quán)重適當(dāng)與否也會(huì)影響解包裹的正確性，同時(shí)也降低了計(jì)算速度，并且不能抑制噪聲的傳播和消除平滑作用帶來(lái)的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于可靠度的加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)計(jì)算方法，計(jì)算速度快，能有效抑制噪聲傳播，并且消除平滑效應(yīng)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

步驟一：通過(guò)工業(yè)相機(jī)設(shè)備拍攝采集待測(cè)物的散斑干涉圖，經(jīng)過(guò)圖像處理獲得包含待測(cè)物三維信息的大小為M×N的二維相位包裹圖；

步驟二：利用包裹相位值的二階差分計(jì)算獲得相位包裹圖中每一點(diǎn)的可靠度；

步驟三：確定可靠度閾值，計(jì)算獲得二值化掩膜因子，并作為加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)權(quán)重；

步驟四：根據(jù)加權(quán)最小二乘相位展開(kāi)權(quán)重進(jìn)行迭代計(jì)算，獲得最終真實(shí)相位。

步驟四包括：初始化迭代次數(shù)k和絕對(duì)相位φ₀，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的包裹相位的加權(quán)離散偏微分；依據(jù)迭代公式，進(jìn)行第k次最小二乘相位展開(kāi)獲得φ_k+1；判斷φ_k+1是否滿足收斂條件，若滿足，則求出真實(shí)相位φ_k+1；若不滿足，則迭代次數(shù)k＝k+1，并返回繼續(xù)迭代。

本發(fā)明是針對(duì)板類待測(cè)物，采集的是板類待測(cè)物表面變形的散斑干涉圖。

板類待測(cè)物采用鋁、復(fù)合材料等制成的板件，通過(guò)外力受力使得薄板類待測(cè)物表面發(fā)生內(nèi)凹或者外凸的變形，再采用本發(fā)明方法進(jìn)行檢測(cè)。

所述步驟一，具體為：通過(guò)工業(yè)相機(jī)設(shè)備拍攝采集待測(cè)物變形前后的散斑干涉圖，然后經(jīng)過(guò)圖像處理獲得包含待測(cè)物三維變形信息的大小為M×N的二維相位包裹圖。

所述步驟一以空間載波法處理獲得獲得包裹相位圖：用工業(yè)相機(jī)設(shè)備拍攝待測(cè)物表面變形前后的帶有載波量的兩幅散斑干涉圖，對(duì)兩幅散斑干涉圖分別進(jìn)行傅里葉變換獲得兩幅頻譜圖，分別選擇兩幅頻譜圖中的正一級(jí)頻譜得到兩幅正一級(jí)頻譜圖，接著對(duì)兩幅正一級(jí)頻譜圖做逆傅里葉變換并取反正切獲得兩幅相位圖，最后將兩幅相位圖相減得到帶有待測(cè)物表面變形信息的相位包裹圖，對(duì)相位包裹圖進(jìn)行濾波和去噪聲后得到大小為M×N的二維相位包裹圖

所述步驟二，具體為：

先采用以下公式計(jì)算二維相位包裹圖中每一點(diǎn)包裹相位值的二階差分：