[发明专利]利用光流场进行物体变形相位测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用光流场进行物体变形相位测量的方法。

背景技术

光学干涉测量方法因其独特的优势在物体的三维形貌和变形测量中占有十分重要的地位，如电子散斑干涉、全息干涉、云纹干涉法等。在这些方法中需要解调出条纹图中每一点的相位信息才可以实现变形测量，而解调相位的方法主要分为时间相位测量法和空间相位测量法两大类。时间相位测量法，如时间相移法(Temporal Phase-shifting Method,TPM)等等，具有位移测量精度高，结构简单等优点，但是该类方法需要的条纹图较多，耗时较长，一般情况下只适用于静态测量；空间相位测量法是通过在空间上获取更多信息来提取相位的，如空间相移法(Spatial Phase-shifting Method,SPM)和Fourier变换法(Fourier Transform Method,FTM)等等，可实现对动态过程相位的测量。但是，前者的光路较为复杂，且精度较低；后者的处理过程比较繁琐，很难实现条纹处理的自动化。同时，以上方法对于位移场的测量均没有考虑到时间参量，因而对动态场的定量测量就无法获得满意的结果。针对此问题，有研究工作者提出了时间序列相位法(Time Sequence Phase Method,TSPM)，将时间参量引入散斑干涉当中，成功地提取出了相位信息，能适应大变形、时变测量。然而该方法在位移方向性上无法给出确定值，故只能用于单调的时变场中。除此之外，以上方法都需要进行相位解包络操作，这无疑增加了相位提取的运算量和误差。同时，由于在条纹稠密区域无法判断每个条纹的细节，故以上方法在条纹密集处解调的相位误差都比较大。

20世纪50年代，Gribson等人基于运动结构重建原理(Structure From Motion,SFM)第一次提出了光流(optical flow)的概念：在随时间变化的二维图像序列中，运动的三维场景由于亮度模式的变化而产生的流动即为光流。从此以后，国内外学者陆续提出了不同的光流方法，在精度，鲁棒性和实时性等多方面均取得了重大突破。1997年，国内研究人员提出可以将光流场分析法引入光学干涉计量当中，为光干涉动态测量提供了新的思路，但是其并未做深入的探讨。2011年，J.Vargas等人通过运用光流场理论和SPT算符成功提取出了单幅图像相位，但是该方法仍需要相位解包等一系列复杂操作，且不适用于实现动态形变测量。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种利用光流场进行物体变形相位测量的方法，只需在空间域中用两幅条纹图就可以完成变形相位的提取，无需转换到频域和相位解包络操作，适用于动态测量，且在条纹越密集的区域提取相位的效果越好，完全克服了现有相位解调方法中条纹过密时解调误差较大的缺点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

利用光流场进行物体变形相位测量的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据光流场理论的基本假设，获得两帧连续图像之间的运动矢量的两个分量u和v；

步骤二：由窗口傅里叶变换法提取第一帧图像条纹的横向频率f_x0和纵向频率f_y0；

步骤三：利用所述步骤一得到的运动矢量的两个分量u和v及所述步骤二得到条纹的横向频率f_x0和纵向频率f_y0计算得到相位的改变量。

所述步骤一的具体方法为：运用公式：

uⁿ⁺¹＝uⁿ-I_x[(I_xuⁿ+I_yvⁿ+I_t)]/(α²+I_x²+I_y²)和

vⁿ⁺¹＝vⁿ-I_y[(I_xuⁿ+I_yvⁿ+I_t)]/(α²+I_x²+I_y²)迭代得到，