[发明专利]基于S变换脊值的加权最小二乘相位展开的方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于S变换脊值的加权最小二乘相位展开的方法，包括以下步骤：向被测物体投射正弦条纹，采集由于所述被测物体的高度而发生变形的条纹图；通过基于滤波的S变换轮廓术得出分布在‑π到+π的包裹相位图和表示包裹相位质量的S变换脊值；将所述S变换脊值作为加权最小二乘法相位展开的权重值，并用预条件共轭梯度法将包裹相位展开得出绝对相位。本发明还提供一种基于S变换脊值的加权最小二乘相位展开的系统，包括：投影仪，相机和微处理器。本发明具有相位展开速度快，抗噪性强，求解精度高的优点，可广泛应用于条纹投影三维成像领域。

技术领域

本发明涉及三维数字成像和光学三维重建领域，具体为基于S变换脊值的加权最小二乘相位展开的方法及系统。

背景技术

基于光学投影的主动光学三维测量，通过对采集到的变形条纹进行相位解调，就可以获得物理量。近年来，S变换开始应用与基于条纹投影的三维测量。

经S变换计算出的相位会介于[-π,π]之间，快速进行相位展开、得到准确的绝对相位是S变换轮廓术非常重要。实际相位展开过程中，由于物体的起伏，阴影和噪声的影响，使得相位展开较为困难，会出现拉线等现象。基于最小范数全局展开计算时不需要遍历整个相位矩阵，通过对整个矩阵的计算就可以进行相位展开，由于是对整个矩阵进行计算，所以一些阴影和噪声会影响展开结果，则需要对每个相位的质量进行评价，由于其工作量很大，速度慢且精度不高，因此该技术有必要进行改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种精度高和速度快的基于S变换脊值的加权最小二乘相位展开的方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于S变换脊值的加权最小二乘相位展开的方法，包括以下步骤：

向被测物体投射正弦条纹，采集由于所述被测物体的高度而发生变形的条纹图g(x,y)；

通过基于滤波的S变换轮廓术得出分布在-π到+π的包裹相位图和表示包裹相位质量的S变换脊值；

将所述S变换脊值作为加权最小二乘法相位展开的权重值，并用预条件共轭梯度法将包裹相位展开得出绝对相位；

其中所述S变换脊值作为加权最小二乘法相位展开的权重值具体为：变形条纹图中每一行的S变换矩阵中每一列中绝对值的最大值的作为S变换脊值；

将S变换脊值作为求绝对相位φ(x,y)的相邻相位差和包裹相位的相邻相位差的最小二范数意义上解的权重值；

用预条件共轭梯度法将包裹相位展开具体为：将离散余弦的相位展开的结果作为初值，并沿着一系列共轭方向作迭代，得到目标函数的极小值点，以得到绝对相位。

作为该技术方案的改进，所述步骤还包括：对获得的变形的条纹图的每一行进行S变换，得到每一行的S变换矩阵，所述S变换定义为：

其中，f为频率；y_k为正整数；g(τ,y_k)表示灰度条纹图的第k行，w(b-τ,f)表示中心位于τ＝b处且标准差为1/f的高斯窗函数。

作为该技术方案的改进，所述步骤还包括：根据预设的滤波窗函数，对变形条纹图g(x,y)每一行的S变换矩阵进行滤波，得到每一行的基频分量

作为该技术方案的改进，所述步骤还包括：将条纹图每一行的局部基频分量沿空间b作积分得到每一行的滤波后的傅里叶变换G(f)。

进一步地，所述步骤还包括：对变形条纹图每一行滤波后的傅里叶变换G(f)做傅里叶逆变换，得到变形条纹图的基频复信号取基频复信号的相位角，得到变形条纹图的包裹相位所述包裹相位表达式为