[发明专利]一种基于彩色相移条纹二次编码的相位去包裹方法

说明书

技术领域

本发明涉及物体三维轮廓的光电检测领域，具体涉及一种基于彩色相移条纹二次编码的相位去包裹方法。

背景技术

相位测量技术在三维轮廓测量中所获得的实际相位分布与被测物体轮廓具有对应的函数关系，利用物相关系可得到所需要的被测物体三维信息。目前基于相位测量的轮廓测量方法采用反正切函数计算包裹相位，得到的是-π和+π之间的相位值，所以为了恢复连续相位分布，必须对包裹相位去包裹。

具体来讲，设φ(x，y)为包裹相位(φ(x，y)∈[-π，+π])，Φ(x，y)为真实相位，则有：

Φ(x，y)＝φ(x，y)+2π·n(x，y)

去包裹的过程实际上就是求解上式中的整数n(x，y)，即通过求解的n(x，y)，进而得到真实相位Φ(x，y)。

迄今为止，发展出了很多相位去包裹方法。根据所采用的积分方法，相位去包裹的方法大致可分为两类：整体法和局部法。整体法也称为最小范数法，将相位去包裹转化为求解数学中最小范数的极值问题。局部法也称为路径积分法，将可能的误差传递限制在噪声区域内，通过选择合适的积分路径，隔绝噪声区域。

其中整体法包括最小二乘法、加权最小二乘法、最小费用网络流法等。

最小二乘法的实质是求解满足纽曼边界条件的泊松方程，该方法的计算速度较慢，消费的时间较长，对噪声平滑的过程中也会带来较大的误差。加权最小二乘法是以非加权的最小二乘法为基础，所以加权最小二乘法虽然提高了准确性，但降低了求解速度。最小费用网络流法，有很强的抗噪声能力，也能很好地保持与包裹相位的一致性。但是，它主要是基于对InSAR包裹相位的处理，通常以InSAR图中相关系数作为权重。如何确定加权矩阵是一个难点问题，对于三维轮廓的测量必然要提出新的加权矩阵才能更好的解决问题。

局部法包括相位跟踪法、质量导向图法、区域分割法、细胞自动控制法等。

相位跟踪法是传统的相位去包裹算法，相位跟踪法简单易行、运算速度快，但对噪声高度敏感，适合于质量较好的原始相位图。质量导向图算法以质量图为依据，去包裹从高质量点开始终止于低质量点，其缺点是不能保证消除所有坏点的影响，而且去包裹的成功与否依赖于质量图效果。基于区域分割的去包裹方法先把一幅包裹相位图分割成几个小的区域，对每个区域去包裹，然后再把各个子区域拼接起来。但当包裹图的条纹形状较复杂时，它常常不能保证去包裹结果的唯一性，经常无法得到全局最优解。细胞自动控制法无需预先找出误差点，利用相邻点相位连续这一准则便可以进行相位去包裹，步骤相对较少，能对一列像素同时进行去包裹运算，免除了噪声及非连续点的影响。但该方法在局部迭代达到稳定震荡的过程中浪费了大量时间，特别是对含有大量噪声的原始相位图，去包裹效率很低。

申请号为200810236422.3、名称为“彩色条纹编码的相位去包裹方法”所提出的方法是一种彩色编码结合相移技术的相位去包裹方法。该方法在获得相移测量的包裹相位的基础上，用彩色编码条纹图沿着条纹排列的垂直方向进行去包裹。该方法需投影一副彩色相移条纹图和一副彩色编码条纹图才能完成相位去包裹；由于投影两副条纹图运算速度有待于进一步提高。

相位去包裹的研究一直是一个热点问题，前人已经做了相当多的研究工作。但相位去包裹方法仍面临两大困难：1.运算速度和精度不能很好兼顾；2.对于噪声较严重的干涉条纹图不能很好的解决。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于彩色相移条纹二次编码的相位去包裹方法，提高了数据处理效率，缩短了数据处理时间，减少了数据匹配的误差，具有更快的去包裹速度。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于彩色相移条纹二次编码的相位去包裹方法，包括以下步骤：

第一步，利用Matlab软件把具有同周期和同振幅，但是相邻条纹有相位差的三个正弦条纹图叠加在一起，产生彩色相移条纹；

第二步，由投影仪投影彩色相移条纹至被测物体表面；

第三步，用彩色3CCD摄像机采集变形相移条纹图，并通过彩色数字图像卡将变形相移条纹图像数据输送至计算机；

第四步，用Matlab软件把采集到的变形相移条纹图分为三幅相移灰度图像，利用三步相移技术求解变形相移条纹图的相位分布，求得物体的包裹相位；