[发明专利]一种小波脊相位提取方法

说明书

本发明属于物体三维信息重构、数字图像处理等技术领域，具体涉及小波变换轮廓术三维重建技术中一种小波脊相位提取方法，该提取方法包括以下步骤：（1）、设计黑白相间的余弦光栅条纹图像，并将光栅投影到待测物体表面；（2）、通过CCD采集投影后变形的条纹图像；（3）、提取变形条纹的一行，对其进行连续小波变换；（4）、选取小波脊的候选脊点；（5）、通过代价函数方法选取小波脊，并确定瞬时相位；（6）、重复上述步骤（3）到步骤（5），直到变形条纹的最后一行。本发明的提取方法在低噪声环境下，大大减少了提取的相位误差率,更适用于低噪声环境的小波脊相位提取。

技术领域

本发明属于物体三维信息重构、数字图像处理等技术领域，具体涉及小波变换轮廓术三维重建技术中一种小波脊相位提取方法。

背景技术

目前，三维重建技术广泛应用于3D打印、机器视觉等领域，因此受到了高度的关注。

小波变换轮廓术是通过将光栅投影到待测物体表面，通过摄像机采集变形的光栅图像，然后对光栅图像进行小波变换，检测光栅图像每个位置的小波变换幅值最大值，并确定小波脊，进而提取相应的相位值，然后求解提取的相位值与基准光栅相位的相位差，最后对相位进行展开，求得绝对相位，对绝对相位进行高度转换，最终得到物体表面的高度数据。所谓的小波脊是指沿着尺度方向，在小波变换系数幅值的每一列中取最大值得到的一条路径。沿着此路径可以得到的条纹的瞬时频率，同时该路径的复角就是条纹信号的相位。

小波变换轮廓术作为一种非接触式测量技术，其重建过程仅需拍摄一张图像，重建精度较高而成为了物体三维重建技术的研究热点，但是，小波变换轮廓术在采集光栅图像过程中，由于图像传感器、传输信道、解码处理器通常会产生黑白相间的亮暗点噪声，因此所得到的图像往往存在斑点噪声。小波脊容易受到此类噪声的影响，造成小波脊偏移，从而无法得到准确的相位。

如何有效的抑制噪声的影响，准确定位小波脊是小波变换轮廓术的重要基础，与相位的准确提取有着紧密的联系，对提高三维重建的精度有着至关重要的作用。

1997年，Carmona等提出了直接模极大值脊方法，即认定沿尺度方向的小波变换系数模值最大处的点为脊点，其极易受噪声的影响，随后Carmona提出了改进的随机走动的爬山方法，但是它对局部最大值保留的效果较好且复杂；DELPRAT N等利用平稳相位理论进行脊定位，但同样易受噪声的干扰；黎海妹等首先利用相位信息提取候选脊点，然后利用脊线的光滑性和模极大值特性排除受噪声影响的脊点，但脊线的提取过程中需要人为的参与，极大的影响了相位的提取效率；张明照等通过曲线拟合法来定位小波脊，该方法有效消除了噪声的干扰以及缩短了小波脊的定位时间，但是它对拟合的精度要求较高，否则受噪声的影响比较大。

当前，脊点的选取较准确也较经典的方法是Liu等提出的里程碑式的基于代价函数的小波脊相位提取方法(即代价函数脊法)，其利用代价函数来抑制噪声的影响，并结合动态规划的思想进行脊线的搜索定位，该方法具有较好的抗噪性和鲁棒性，其选取候选脊点流程如图1所示，通过考虑小波变换系数模值信息，选取了小波变换系数模极大值及其周围的点作为候选脊点。在选取出候选脊点的基础上，通过引入代价函数计算出最小的小波变换系数模值与小波脊与相位间的曲线变化代价函数值来定位真实的小波脊点。但是在受到随机噪声的影响后，会导致真正的脊点不是模极大值点也不是其周围的点；此外，原有代价函数也不能很好的准确选取小波脊相位。

综上所述，现有的基于代价函数的小波脊相位提取方法具有如下不足之处：

(1)受到随机噪声干扰后，造成候选脊点的选取不完全。

(2)小波脊相位选取不准确。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种候选脊点的选取更完全，脊点的选取更准确的一种小波脊相位提取方法。