[發明專利]基于條紋密度區域分割和校正的物體三維形貌測量方法

有效

• 申請號: 202110068374.7
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112665529B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 嚴利平;王秋霞;陳本永;黃柳
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/25;G06F17/13;G06T5/00;G06T5/30;G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于條紋密度區域分割和校正的物體三維形貌測量方法。采集待測物的全息干涉圖，處理獲得二維包裹相位圖；濾波后得濾波后包裹相位圖，利用濾波后包裹相位圖計算二維包裹相位圖的一二階相位梯度，再閾值分割和膨脹操作生成密集區域的掩模，取反得稀疏區域的掩模；計算二維包裹相位圖的一階包裹相位梯度圖，將兩個掩模用于一階包裹相位梯度圖處理，得到密集和稀疏區域的一階包裹相位梯度；計算兩個區域的校正閾值及校正值，區域校正再合并；建立離散偏微分方程求解計算直至獲得真實相位圖，表征待測物的輪廓形貌。本發明不僅依據條紋密度對一階相位梯度進行了自適應區域劃分和校正，且具有計算速度快、精度高、有效抑制誤差傳播的優點。

技術領域

本發明涉及數字全息技術領域的一種物體測量方法，具體涉及一種基于條紋密度區域分割和校正的物體三維形貌測量方法。

背景技術

數字全息干涉技術(Digital Holographic Interferometry，DHI)是一種激光技術與數字圖像處理相結合的光學干涉測量技術，將數字全息干涉技術應用于物體形貌測量研究是當前全息干涉法的一個重要的研究方向。其中相位展開是該應用中最為關鍵的步驟，直接影響測量精度。近年來，國內外學者已經提出了很多相位展開計算方法。其中，最小二乘相位展開方法利用包裹相位的離散偏微分與真實相位的離散偏微分之差最小的準則來解包裹可以消除拉線現象，得到平滑解，是一種簡單穩健、運算速度快且對內存要求小的最為常用的計算方法。但當包裹相位中條紋密度復雜且存在噪聲時，最小二乘相位展開計算方法無法得到正確解。通過對包裹相位梯度進行全局校正可以克服噪聲帶來的影響，但是當條紋密度不均勻時，由于包裹相位的條紋疏密差距增大，導致全局校正影響解包裹算法的正確性，無法很好的抑制噪聲傳播帶來的誤差。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于條紋密度區域分割和校正的物體三維形貌測量方法，計算速度快，能夠在條紋密度不均勻的情況下有效抑制噪聲傳播，具有計算速度快、精度高、有效抑制誤差傳播的優點。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

步驟一：通過拍攝采集待測物的全息干涉圖，經圖像處理獲得包含待測物信息的大小為M×N的二維包裹相位圖

步驟二：通過對二維包裹相位圖進行正/余弦濾波后得到濾波后包裹相位圖濾波后包裹相位圖處理獲得二維包裹相位圖的一階相位梯度圖G、二階相位梯度圖然后對二階相位梯度進行閾值分割和膨脹操作生成密集區域的掩模M₁，對掩模M₁取反得到稀疏區域的掩模M₂；

步驟三：計算二維包裹相位圖在水平方向和垂直方向的一階包裹相位梯度圖Δ^x和Δ^y，然后將掩模M₁和掩模M₂用于一階包裹相位梯度圖Δ^x和Δ^y處理，獲得二維包裹相位圖中的密集區域和稀疏區域，得到依據二維包裹相位圖中條紋疏密區域分割后沿水平方向和垂直方向的密集區域和稀疏區域的一階包裹相位梯度；

步驟四：計算二維包裹相位圖的一階包裹相位梯度在水平方向和垂直方向中密集區域和稀疏區域的兩個不同分割區域的校正閾值及校正值，并對一階包裹相位梯度所在區域中大于校正閾值的像素點進行校正，將校正后的區域進行合并得到校正后的一階相位梯度圖；

步驟五：建立校正合并后的一階相位梯度圖的離散偏微分方程，利用最小二乘方法對離散偏微分方程進行迭代求解計算，直至獲得最終的真實相位圖，真實相位圖表征呈現出待測物的輪廓形貌。求得每個點的真實相位組成真實相位圖φ_k。

本發明采用分辨率測試靶為待測物，采集了待測物表面的全息干涉圖。

所述步驟一，具體為：采用CCD(charge-coupled device)光敏電子成像器件記錄待測物的全息干涉圖，通過對全息干涉圖中的正一級頻譜進行提取并重建獲得包含待測物信息的二維包裹相位圖