[发明专利]基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及剪切散斑干涉术中包裹相位图的展开，即基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法。 

背景技术

电子剪切散斑干涉技术是20世纪80年代发展起来的一种高精度的光学无损检测技术，广泛应用于粗糙表面的变形测量，具有非接触、高灵敏度和全场实时检测等优点。为了从散斑条纹中得到材料的应变，必须从条纹中提取相位，但是如今的数字散斑测量术中，一般采用相减模式来产生数字散斑条纹图，不可避免地附带有大量的乘性噪声，且通过四步相移法提取相位时，真实相位被包裹在(-π，π]之间，需要将相位展开，得到真实相位，相位展开是相位提取中极其重要的一步，关系到位移、应变等物理量的测量精度。展开包裹的散斑相位图，考虑其大量的乘性噪声，现如今普遍采取先滤波后展开相位的流程，但是散斑条纹图的滤波是非常精巧的任务，过了的话，很容易破坏真实的相位信息，而且针对不同噪声含量的散斑条纹图，滤波策略也得做出相应的改变，这无疑增加了相位展开算法整体的复杂度，故在剪切散斑干涉术中，设计高抗噪性能的相位展开算法十分有意义。 

为了能够快速而且准确地展开相位，国内外不同领域的学者提出了众多算法，可以粗略地划分为两类：路径无关法和路径跟踪法。最小二乘法，是与路径无关的全局算法，虽然可以得到平滑解，保证展开相位在全局连续，但是局部的相位展开误差会在全局内传递，无法保证展开相位的相位一致性，即破坏了展开相位与原始相位只可相差2π整数倍的约束条件，得不到精确解。路径跟踪法通过识别残差点后设置枝切，或者引入质量图来指导相位展开的路径，从而避开噪声区，但在散斑包裹相位图的展开中，大量随机的散斑噪声，使得残差点过于密集，很容易形成相位无法展开的孤立区域，无法保证展开相位在全局内连续，以上算法均得不到相对理想的结果。故为了准确展开相位，必须同时保证展开相位的全局连续性和相位一致性。 

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，解决相位展开算法抗噪性能差，得不到准确解的问题，提供一种新型的基于图切割的相位展开算法，避开噪声的影响，准确提取相位，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，包括如下步骤： 

1.针对具体的相位展开问题构造合适的能量函数，建立整数优化的能量最小化模型； 

2.简化能量最小化模型，将其转化为可迭代求解的0-1优化问题，每次迭代利用图切割理论求解； 

3.为步骤2中得到的能量函数构造相应的图，使该图中的割容量表示能量函数； 

4.利用最大流最小割算法确定已建立图的最小割，得到能量函数的最优0-1解，更新能 量函数； 

5.不断迭代来减小能量函数，直到不再减少时终止迭代，得到最优的整数估计，展开相位。 

步骤1具体的内容为：四步相移法提取的相位是通过反正切函数得到的，相位被包裹在区间(-π，π]内，相位展开就是将截断的相位恢复成为真实连续的相位，即为： 

Φ＝Ψ+2πK                        (1) 

上式中，Φ是真实相位图，Ψ是包裹相位图，K为整数矩阵；建立一个能量函数来反映全局相位的不连续程度，通过不断迭代整数K来最小化该能量函数，最小的能量函数即对应最优的整数估计 

K^=argminK{E(K)}---(2)]]>

能量函数表达为：