[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于希爾伯特變換的光纖干涉條紋圖像相位提取方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810275345.6
• 申請(qǐng)日: 2018-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109029739A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段曉杰;王重祁;汪劍鳴;趙鶴;李鵬輝;李秀艷;王琦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01J9/02
• 分類(lèi)號(hào): G01J9/02
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于希爾伯特變換的光纖干涉條紋圖像相位提取方法，該方法僅需要采集一幅條紋圖像即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其相位的快速精確提取，較現(xiàn)有方法有效地提高了相位信息提取速度和精度；過(guò)程為：(1)通過(guò)面陣相機(jī)采集光纖干涉儀投影的條紋結(jié)構(gòu)光圖像及受被測(cè)物體調(diào)制后的變形條紋圖像；(2)經(jīng)過(guò)灰度變換處理后進(jìn)行第一次希爾伯特變換，得到濾除了直流分量且與變換前成正交關(guān)系的新圖像；(3)對(duì)新圖像進(jìn)行第二次希爾伯特變換處理，得到與第一次變換后圖像成正交關(guān)系的最終圖像；(4)根據(jù)兩次變換獲得的圖像的正弦分量與余弦分量構(gòu)造解析信號(hào)；(5)基于解析信號(hào)求得干涉條紋圖像的相位信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域；涉及一種基于希爾伯特變換的光纖干涉條紋圖像相位信息提取方法；可用于對(duì)面陣相機(jī)采集到的小視場(chǎng)范圍內(nèi)基于光纖干涉投影的干涉條紋圖像相位信息的快速提取。

背景技術(shù)

隨著光學(xué)測(cè)量與機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新及快速發(fā)展，從而在三維尺寸信息測(cè)量領(lǐng)域其測(cè)量精度、速度等方面不斷提高，而目前在工業(yè)生產(chǎn)中針對(duì)小尺寸物體非接觸三維測(cè)量的應(yīng)用上越來(lái)越廣泛，例如軸承上的細(xì)微凹坑檢測(cè)、彈簧微小形變檢測(cè)、電池外殼表面缺陷檢測(cè)等。由于傳統(tǒng)的基于條紋結(jié)構(gòu)光投影的三維測(cè)量技術(shù)在條紋投影密度和亮度存在一定局限，進(jìn)而發(fā)展了一種基于光纖干涉條紋投影的小尺寸三維信息測(cè)量方法，利用3db光纖耦合器將氦氖氣體激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為632.8nm激光分為兩束空間頻率相同、相位差固定、偏振方向一致的單色激光，通過(guò)搭建基于楊氏雙孔干涉的光纖干涉儀實(shí)現(xiàn)在小視場(chǎng)范圍的條紋結(jié)構(gòu)光投影，投影的條紋圖形具有密度高、亮度強(qiáng)、余弦性好等優(yōu)點(diǎn)，隨后將干涉條紋投影至待測(cè)物體表面，通過(guò)面陣相機(jī)采集受物體高度調(diào)制后的變形條紋圖像并輸入至計(jì)算機(jī)，通過(guò)圖像信息提取最終獲得待測(cè)物體立體空間信息，該方法具有高精度、全視場(chǎng)、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，適用于針對(duì)小尺寸物體表面三維形貌信息的動(dòng)、靜態(tài)測(cè)量。其中待測(cè)物體表面所有位置的高度(深度)信息提取是該方法的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，其原理是通過(guò)提取受待測(cè)物體調(diào)制后的變形干涉條紋圖像的相位信息，通過(guò)光學(xué)幾何成像關(guān)系和測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物表面上任意點(diǎn)的高度(深度)測(cè)量；但現(xiàn)有算法在針對(duì)干涉條紋圖像位信息提取方面存在一定的局限，特別是在精度和速度方面仍有待提高。目前常用的相位信息提取方法主要有相移法和傅里葉變換法，其中相移法需要對(duì)靜止物體采集多幅干涉條紋圖像且還需要精密相移裝置，因此在針對(duì)動(dòng)態(tài)物體測(cè)量方面存在一定局限；而傅里葉變換法只需采集一幅圖像即可實(shí)現(xiàn)相位信息的提取，但該方法中干涉條紋圖像的直流分量與基頻分量易產(chǎn)生頻譜混疊，從而降低測(cè)量精度，因此開(kāi)發(fā)出一套針對(duì)小視場(chǎng)范圍內(nèi)的光纖干涉條紋相位信息快速、高精度提取方法是難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本方法突出優(yōu)點(diǎn)是能夠在小尺寸物體表面高度(深度)快速精確測(cè)量的應(yīng)用背景下，利用光纖干涉儀實(shí)現(xiàn)小視場(chǎng)范圍內(nèi)高密度條紋結(jié)構(gòu)光的投影，并利用希爾伯特變換算法對(duì)投影至待測(cè)物體表面并受其調(diào)制后變形條紋圖像中的相位信息進(jìn)行快速精確提取，從而避免了傳統(tǒng)條紋相位提取算法中的精度不高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)等不足，為光學(xué)三維測(cè)量提供了一種新的方案。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于希爾伯特變換的光纖干涉條紋圖像相位信息快速提取方法，包括下列步驟：

(1)通過(guò)搭建基于楊氏雙孔干涉的光纖干涉儀實(shí)現(xiàn)高密度余弦分布條紋結(jié)構(gòu)光投影，并利用面陣相機(jī)采集受待測(cè)物體調(diào)制前與調(diào)制后的干涉條紋圖像；

(2)對(duì)基于步驟(1)中獲得的干涉條紋圖像進(jìn)行灰度變換；

(3)通過(guò)對(duì)步驟(2)中獲得的灰度干涉條紋圖像進(jìn)行第一次希爾伯特變換，圖像中直流分量得到有效濾除，且與希爾伯特變換前干涉條紋圖像成正交關(guān)系，獲取其正弦分量；

(4)基于步驟(3)中獲得的圖像進(jìn)行第二次希爾伯特變換，得到與步驟(3)中獲得圖像成正交關(guān)系的新干涉條紋圖像，獲取其余弦分量；

(5)基于步驟(3)和步驟(4)中獲取的正弦分量與余弦分量(相互正交分量)構(gòu)造解析信號(hào)；