一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法。首先通过摄像设备拍摄并用相应的图像处理方法得到包含M

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法
(一)

[0001]本专利技术涉及的是结构光三维测量中包裹相位的相位解包裹操作，属于图像处理

(二)
技术介绍

[0002]随着科技的不断进步，人们对交通安全愈发重视，由于无损检测技术的不断兴起，应用无损检测技术对交通运输工具进行缺陷、破损等检测越来越频繁，且对检测环境、影响及检测精度的要求也不断提高。
[0003]而对于无损检测技术，其中的关键就是如何准确的将包含待测物缺陷信息的相位信息提取出来，而采集到的相位信息是通过计算反三角函数得到的，相位值被截断在[
‑
π，π]，这种现象被称为包裹相位，所以要展现待测物真实信息的真实相位，就要进行解包裹的操作。
[0004]常用的解包裹中，经典的最小二乘法解包裹是现在常用的方法，其中的离散余弦解包裹算法更为突出(葛宝臻,崔鹏,吕且妮,等.基于离散余弦变换最小二乘法实现数字全息再现像的相位解包裹[J].中国石油大学学报(自然科学版),2008,32(6):169
‑
173.DOI:10.3321/j.issn:1673
‑
5005.2008.06.036.)提高了解包裹速度，但其本身会导致误差传递，在包裹相位本身含有噪声或轻微欠采样数据时，处理效果就会下降。
[0005]相移干涉中基于DCT域掩膜的相位解包裹方法(相移干涉中基于DCT域掩膜的相位解包裹方法[J].科技通报,2017,33(1):119
‑
122,158.DOI:10.13774/j.cnki.kjtb.2017.01.026.赵硕.)利用二值化掩膜的方法区分包裹的噪声掩膜部分，单独对噪声区域进行迭代解包裹，使包裹图像在噪声存在时处理效果提升，但对于掩膜操作，需要执行多次迭代才能获得较为平稳的值，且迭代次数需要测试才能获得最为真实的稳定值。
(三)
技术实现思路

[0006]为改进离散余弦解包裹方法现有的不足，本专利技术的目的是提供一种能够克服在包裹相位存在较多的噪声情况下，也可以准确且快速的将相位进行展开的方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法，包括的具体步骤如下：
[0008]通过搭建实验光路及摄像设备拍摄得到的五幅图像，其中一副为原始图像，其余四副为相位差分别相差的图像，利用五图四步相移法对拍摄得到的图像进行相位的提取，得到一副大小为M
×
N的二维相位包裹图，其中包裹相位具有M
×
N个像素点，为二维离散点上(i,j)的相位；
[0009]分别设置沿二维包裹相位的水平方向x与竖直方向y两个方向；
[0010]分别计算相邻点包裹相位梯度，其中：0≤i≤M，0≤j≤N；
[0011]x方向的相位梯度：
[0012]y方向的相位梯度：
[0013]计算可得到沿x方向的相位梯度个数为M
‑
1个，沿y方向的相位梯度个数为N
‑
1；
[0014]利用计算得到的相位梯度，分别计算沿x方向与y方向的相位梯度标准差，作为判断相位梯度的离散程度的指标：
[0015]x方向的相位梯度标准差：
[0016]y方向的相位梯度标准差：
[0017]利用计算得到的相位梯度，分别计算x方向与y方向的相位梯度加权移动平均值，其中ω为权重系数，权重系数之和为1：
[0018]x方向的相位梯度标准差：
[0019]y方向的相位梯度标准差：
[0019]计算得到的加权移动平均值作为相位梯度校正值，校正由于噪声而导致的相位梯度与真实值相差较大的相位梯度；
[0020]将计算得到的每个行、列方向上的相位梯度绝对值与其标准差进行对比，若其值大于或等于标准差值，则将该相邻相位梯度的值替换为加权移动平均所计算出的该相位点的取值；若其值小于标准差值，则该点梯度值不变：
[0021]x方向的相位梯度校正：
[0022]y方向的相位梯度校正：
[0023]将校正后的x、y方向的相位梯度带入离散余弦解包裹算法中剩余步骤进行相位解包裹获得真实相位φ。
[0024]在离散余弦解包裹前对相位梯度进行平滑校正，可使由于噪声影响的异常相位梯度更为接近真实相位梯度，从而利用更接近正常的相位梯度进行离散余弦解包裹，达到在存在较多噪声的情况下，相位解包裹的精确度提高，解包裹速度提升。
(四)附图说明
[0025]图1是基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法的流程图
[0026]图2是传统的离散余弦解包裹算法的流程图
[0027]图3是一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法与传统的离散余弦解包裹算法对比表
(五)具体实施方式
[0028]下面结合附图和实例对本专利技术进一步说明，应指出的是，所描述的实例仅旨在便于本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。
[0029]本专利技术中参数符号标志以如下方式表示：1448为包裹相位图像像素横向坐标最大值，1244为包裹相位图像像素竖向坐标最大值，包裹相位为其中i、j分别为横向、竖向任意像素坐标值，满足0≤i≤1448，0≤j≤1244，最终解包裹后的真实相位为φ。
[0030]通过搭建实验光路及摄像设备拍摄得到的五幅图像，其中一副为原始图像，其余四副为相位差分别相差的图像，利用五图四步相移法对拍摄得到的图像进行相位的提取，得到一副大小为1448
×
1224像素的二维相位包裹图。
[0031]本实施例中，首先分别计算沿着横向x方向及纵向y方向的相位梯度，即：
[0032][0033][0034]将会求得1447个横向x方向梯度与1223个纵向y方向的相位梯度。
[0035]利用求得的相位梯度分别计算对应横向x方向及纵向y方向的相位梯度标准差：
[0036][0037][0038]利用求得的相位梯度分别计算对应横向及纵向的相位梯度的加权移动平均值，其中ω为权重系数，权重系数之和为1：
[0039][0040][0041]将计算得到的行、列方向的相位梯度值的绝对值与相位梯度标准差进行对比，若其值大于或等于标准差值，则将该相邻相位梯度的值替换为加权移动平均所计算出的该相位点的取值；若其值小于标准差值，则该点梯度值不变。即：
[0042][0043][0044]更新后将会得到校正后的1447个横向x方向梯度与1243个纵向y方向的相位梯度，利用校正后的计算泊松方程中的ρ
i,j
：
[0045][0046]再次利用相位梯度分别计算相位的二阶差分及权重ω
i,j
：
[0047]x方向的二阶差分：
[0048]y方向的二阶差分：
[0049]权重
[0050]其中，fitlt[]为低通滤波，旨在将二阶差分相位平方和进行平滑处理，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法。其特征在于：包括步骤如下：1)通过实验及图像处理算法获得具有M
×
N个像素点的二维包裹相位图，包裹图像相位为2)设置水平方向x与竖直方向y；3)分别计算x方向和y方向的相位梯度，分别有M
‑
1、N
‑
1个相位梯度差；4)根据所得的x方向和y方向的相位梯度，分别计算x方向和y方向的相位梯度标准差T
x
、T
y
；5)根据所得的x方向和y方向的相位梯度，分别计算相位梯度的加权移动平均值W
x
、W
y
；6)将计算得到的x方向和y方向的相位梯度的绝对值，分别与其对应方向的相位梯度标准差比较，若相位梯度的绝对值小于其梯度标准差，则其梯度值保持不变，若大于或等于其梯度标准差，则应用其加权移动平均值校正原梯度值；7)将经过校正后的相位梯度带入离散余弦解包裹算法剩余步骤中进行解算，得到包裹图像的真实相位φ。2.根据权利要求1所述的一种基于离...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾启林，梅嘉宜，熊显名，张文涛，徐宋通，杜浩，徐瑞书，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：