[发明专利]一种快速并且可靠的相位解缠算法

说明书

本发明公开了一种快速并且可靠的相位解缠算法，首先计算PDV质量图，根据质量图划分低质量区和高质量区，低质量区在质量图的基础上构造边权值函数。然后使用简单路径算法对高质量区进行解缠，低质量区通过比较边权值大小，采用不连续解缠路径策略进行相位展开，同时逐渐将高质量区已解缠的像素点合并到一个集合，此方法可以有效克服低质量区噪声点和残差点的影响，解缠效果良好；还可以提升解缠速度。实验结果表明本发明提出的算法比简单路径算法解缠精度高，比基于构造边的解缠算法解缠速度快。

技术领域

本发明涉及一种相位解缠方法，具体涉及一种快速并且可靠的相位解缠算法。

背景技术

光栅投影测量是一种重要的三维测量方法，具有非接触、低成本和高精度等优点。这种 方法主要利用相位作为特征得到物体的三维轮廓，因此只有获得准确的相位值才能保证测量 精度。相移法是一种常见的相位测量方法，精度较高，但是只能得到(0，2π]的包裹相位，且 需通过解缠包裹相位计算连续相位信息，进而结合相机和投影仪标定的内外参数得到物体的 三维轮廓。

目前的解缠相位算法主要分为两类，基于路径引导相位解缠算法和基于最小范数相位解 缠算法。基于路径引导相位解缠算法有Goldstein枝切法、质量图引导算法、Flynn最小不 连续法、区域增长法等。基于最小范数算法中比较经典的有最小二乘法，可以分为无权重最 小二乘法和有权重最小二乘法。

路径引导算法是局部算法，其优先解缠相位质量相对高的区域，可以防止局部的相位误 差传导至整个区域内；缺点是当噪声严重时会有局部未解缠，出现孤岛区域，导致解缠失败。 最小范数算法是全局算法，优点是不需要识别残差点，使用固定目标函数，算法的鲁棒性好， 不会出现孤岛区域，丹因为没有绕过残差点而引起误差扩散。

解缠精度和解缠效率同时兼顾一直是解缠相位研究的重点。基于路径引导相位解缠算法 与基于最小范数解缠算法相比计算复杂度小，因而解缠速度更快。质量图引导算法是路径引 导算法中解缠精度较高的一种，很多学者对其进行了深入的研究。Miguel等提出了一种鲁棒 性高的质量引导解缠算法，改进了生成质量图的函数，提高了解缠效果，但同时计算量的增 加也导致了解缠时间的增长；Zhong等提出了一种共享内存环境下的并行质量引导相位解缠 算法，缩短了质量图的计算时间，但是对硬件提出了更高的要求。基于质量图引导算法中比较 有代表性的是质量图引导洪水解缠算法，Chen等提出一种基于物体图像边缘检测3D轮廓术 的质量引导相位解缠算法；Cui等介绍了一种将残差检测与质量图引导洪水解缠算法相结合 相位解缠算法，可用于测量不连续的三维物体。上两种算法虽然解缠效果比较理想，但都存 在着解缠过程十分耗时的缺陷。Lu等人提出了一种基于构造边的精确快速相位解缠算法，解 缠效果较好，但对于实时性要求较高的情况，解缠速度还有待提高。

综上所述，目前的解缠算法依然存在着解缠精度和解缠效率不能兼顾的情况。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种快速并且可靠的相位解缠算法，将基于构造边的解 缠算法和简单路径算法相结合的改进算法，将像素点按质量图分为高质量区和低质量区，高 质量区使用简单路径算法进行解缠，低质量区使用基于构造边的解缠算法进行解缠。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种快速并且可靠的相位解缠算法，包括如下步骤：

S1、首先计算所有像素点的质量值，在得到质量图之后，根据质量图划分低质量区和高 质量区，并计算构造边权值；

S2、计算构造边权值后，判断每条边相连两像素点是否存在其它未删除边和其是否为对 应像素点最小权值边，以此决定此条边应该保留还是删除，删除多余边之后进行相位解缠；

S3、使用简单路径算法对高质量区进行解缠，低质量区通过比较边权值大小，采用不连 续解缠路径策略进行相位展开，同时逐渐将高质量区已解缠的像素点合并到一个集合；具体 包括如下步骤：