[发明专利]一种单帧条纹图相位恢复方法和装置

说明书

本发明公开了一种单帧条纹图相位恢复方法和装置，首先对单帧条纹图进行预处理，并将其归一化为光强矩阵；建立相位矩阵与光强矩阵的逆映射关系，在空间域由光强分布搜索条纹图的相位分布；对搜索到的相位分布进行两次相位解包裹运算，得到单帧条纹图的连续相位分布。本发明采用相位搜索与相位的第一次解包裹运算，可以得到条纹图相位的包裹值；再利用最小二乘法进行第二次解包裹运算，得到该单帧条纹图的连续相位分布，包裹相位的边际线连续光滑，没有噪音混杂的成分，得到了良好的连续相位分布，具有较好的抗噪声能力。

技术领域

本发明涉及条纹图相位提取技术领域，具体涉及一种单帧条纹图相位恢复方法和装置。

背景技术

提取干涉条纹中包含的相位信息是光检测技术重要的研究内容。物面轮廓检测、形变测量等很多非接触光测技术都需定量获得干涉条纹的相位场。常用的相位提取方法有相移法和傅立叶变换法。

相移法分为时间相移和空间相移。时间相移法是通过控制移相器实现精准的移相量，获得一组时间序列的条纹图，再通过相移算法计算得到条纹图像的相位分布，如四步相移、三步相移、二步随机相移等。空间相移则是用多台摄像机在同一个时刻采集多张彼此之间有一定相移量的条纹图，再通过相移算法计算出条纹图像的相位分布。按照相移理论，时间相移的步数越多，测量准确度越高，但是在实际操作中存在着时间序列上的不确定性，容易受到相移器和测量环境的影响。而空间相移将时间序列上的不确定性转移到空间坐标变量上，存在影响空间相移准确度的空间坐标配准问题。二者共同特点是需要采集多幅条纹图像，这对求取相位而言是累赘的。

傅里叶变换法将空域条纹图转化到频域滤波，再回到空域计算相位分布。相比相移法，傅里叶变换法只需要采集变形前后两幅条纹图，便于动态测量。但是减少数据采集的代价是计算误差比较大，算法本身引起的模式混叠引入误差，频域滤波也影响精度。例如，傅里叶变换法在测量物面轮廓时，提高测量精度时会损失动态测量的优点。

可见，相移法与傅里叶变换法无法满足动态测量的要求，因此，研究人员希望从单帧条纹图中提取相位场。利用相位聚类效应和散斑场的先验知识，Y.H.Huang等提出的包裹相位滤波聚类法从一组变形散斑场中动态提取变形相位场。李凯等利用二维连续小波变换，通过计算条纹频率避免了相位奇异性，实现了从单帧条纹图像图获得相位分布。条纹骨架法将条纹图的空间灰度分布与相位分布建立映射关系，经条纹图预处理(滤波、增强)、二值化，获得条纹边缘(光强最大与最小值边际线)的中心线，通过插值获得相位场。zhang利用各向异性扩散方程调整电子散斑干涉(ESPI)的梯度向量场，并由调整后的梯度向量场产生骨架线，再利用基于偏微分方程(PDE)的热传导原理对相位场进行插值运算获得相位场。通过径向基函数插值法，Wang把条纹图经过空域滤波后的光强最大值作为场相中心线，通过离散相位插值获得了相位场。但是，通过二值化和插值运算获得场相的方法忽视了相位在非极值点的真实分布。因此，如何不通过二值化和插值运算获得条纹图像到场相的映射关系，对单帧条纹图相位进行恢复的方法，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种单帧条纹图相位恢复方法和装置，将计算机中储存的条纹图经过条纹预处理去除噪声，然后归一化为光强矩阵，通过建立的相位到光强的逆映射关系，在空间域由光强分布搜索条纹图的相位分布；由于搜索到的相位分布在0和π之间，需要进行两次相位解包运算恢复出条纹图的相位。

本发明所采用的技术方案是：

一种单帧条纹图相位恢复方法，包括以下步骤：

(1)对单帧条纹图进行预处理，并将其归一化为光强矩阵；

(2)建立相位矩阵与光强矩阵的逆映射关系，在空间域由光强分布搜索条纹图的相位分布；

(3)对搜索到的相位分布进行两次相位解包裹运算，得到单帧条纹图的连续相位分布。