[發明專利]一種基于Goldstein枝切法的相位展開方法

有效

• 申請號: 202210121962.7
• 申請日: 2022-02-09
• 公開（公告）號: CN114754701B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 彭曠;游前;趙江;王文峰;李岳彬;萬美琳;宋敏
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;劉代樂

本發明涉及物體三維測量技術領域，具體涉及一種基于Goldstein枝切法的相位展開方法。獲取截斷相位圖；采用Goldstein枝切法識別出截斷相位圖中的殘差點；構建帶權二分圖，將構造總長度最短的枝切線問題轉化為求解帶權二分圖的最大權匹配問題；使用Kuhn?Munkres算法求出帶權二分圖的最大權匹配；依據所述的最大權匹配連接殘差點構造枝切線；選取不在枝切線上的像素點作為起點進行相位展開。可以構造總長度最短的枝切線且能夠消除“孤島”現象，從而得到更好的相位展開的結果，提高三維測量的精度。

技術領域

本發明涉及物體三維測量技術領域，具體涉及一種基于Goldstein枝切法的相位展開方法。

背景技術

隨著現代科技的發展，人們對物體三維信息的采集的需求日益旺盛。光學三維測量方法由于具有非接觸、高精度等特點，在智能制造、虛擬現實、文化遺產保護、生物醫學和工業檢測等領域都存在廣泛的應用。

在眾多的光學三維測量方法中，相位計算得到的相位值會被截斷在(-π,π]之間，需要通過相位展開把截斷相位變為連續相位之后才可以通過相位高度映射得到被測物體的高度分布。因此，相位展開結果的好壞對被測物體三維重構的精度影響很大。對于理想的截斷相位圖，相位展開是一個簡單且與展開路徑無關的過程，可以通過比較相鄰兩個像素點之間的截斷相位并對其加上或減去2π的整數倍,使得它們之間的相對相位在-π到π的范圍內來實現。然而在實際的測量環境中，由于存在噪聲、局部陰影和物體高度突變等問題，會使得采集到的條紋圖的某些區域的像素點具有不正確的值或者不滿足Nyquist采樣定理。在進行相位展開時，如果展開路徑穿過這些區域，就會產生局部誤差，局部誤差會隨著展開路徑傳播，造成全局誤差。這使得相位展開變得十分困難且依賴于展開路徑。為了解決上述問題，人們提出了許多相位展開算法。其中，Goldstein等提出的枝切法是一種強大的抗噪聲的路徑跟蹤算法，該算法通過設置展開路徑不能穿過的障礙——枝切線，從而限制局部誤差的傳播，恢復了展開路徑的獨立性。通常來說，枝切線的總長度越短，相位展開的結果越好。然而，Goldstein枝切法無法保證設置的枝切線的總長度最短，且容易自我閉合，形成“孤島”，導致誤差增加。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術中Goldstein枝切法容易產生“孤島”現象和生成較長的枝切線的缺陷，提供一種基于Goldstein枝切法的相位展開方法，可以使得枝切線總長度達到最短且能夠消除“孤島”現象，從而得到更好的相位展開的結果，提高三維測量的精度。

本發明技術方案為，包括：

步驟1，獲取截斷相位圖；

步驟2，采用Goldstein枝切法識別出截斷相位圖中的殘差點；

步驟3，構建帶權二分圖；

步驟4，使用Kuhn-Munkres算法求出帶權二分圖的最大權匹配；

步驟5，依據所述最大權匹配連接殘差點構造枝切線；

步驟6，選取不在枝切線上的像素點作為起點進行相位展開。

較為優選的，所述步驟1中，截斷相位圖基于傅里葉變換輪廓術得到。

較為優選的，所述步驟1包括：

利用計算機編碼生成正弦條紋圖，并通過圖像投影設備投影到被測物體的表面，經被測物體的高度調制變形后，由圖像采集設備采集變形條紋圖，所述變形條紋圖的光強分布為：

I(x，y)＝R(x，y)[A(x，y)+B(x，y)·cos(2πfx+φ(x，y))]??式(1)

其中，(x,y)為采集到的條紋圖的像素點坐標，R(x,y)為被測物體及參考平面的反射率分布，A(x,y)、B(x,y)分別表示背景光強度和條紋對比度，f為條紋頻率，φ(x，y)為受到被測物體高度和參考平面調制而產生的相移；