[发明专利]一种基于螺旋相衬滤波算法的光度立体瑕疵检测方法

权利要求书

1.一种基于螺旋相衬滤波算法的光度立体瑕疵检测方法，其特征在于，包含数据采集部分和数据处理部分；

所述数据采集部分包含下述步骤：

步骤a，将光源发出的光倾斜入射到朗伯反射物体表面；

步骤b，入射的光在物体表面形成漫反射；

步骤c，统计物体瑕疵需求分辨率，根据需求的分辨率，计算所需镜头倍率及相机像素数；

步骤d，将镜头与相机组合放置在物体的正上方形成正交投影收集携带物体表面结构信息的反射光；

步骤e，将相机与计算机相连接，通过计算机上的相机软件拍摄并保存反射光的强度图；

步骤f，将光源分别放置在物体的多个方位上倾斜照射物体，重复多次步骤a至步骤e，采集得到多个方位上相应的多幅反射光强度图。

所述数据处理部分包含下述步骤：

步骤1，光源方向标定：先在正交投影场景中放置一个光滑的球，并在4个不同光源方向条件下拍摄反射光强度图，将4幅强度图放进MATLAB中计算并拟合出光滑球体的圆边界，并定位出圆心坐标(xc_t，yc_t)，i为4幅图像的索引；

步骤2，分别定位4幅图上球体的表面高亮处，高亮处的坐标表示为(hxc_i，hyc_i)，并以表面高亮处来反映光源的方向；

步骤3，根据下述公式计算光滑球体表面法向量：

步骤4，估算光照强度：以下述公式定义一个光照参数cost函数：

其中，N是每张强度图上的像素数，j是强度图上的像素索引，I是每张强度图上的强度值(像素值)，ρ是物体的反射率，是第i个光源方向的单位矢量，λ_i是第i个光照强度，λ_i＝||e_i||，

步骤5，执行光度立体求得的物体表面结构反射率ρ_j和法向量n_j：ρ_j＝||b_j||，

步骤6，根据仅需要二维图像来判断瑕疵类型及其在图像中的位置的特点，求得的法向量取其第三个通道数据n(3)；

步骤7，写一个螺旋相位片函数

步骤8，写一个4f系统，将n(3)作为对象放置于4f系统的物平面位置，做螺旋相衬成像，并在像平面求复函数U：F表示傅里叶变换；

步骤9，对像平面复函数U取其幅值A：

步骤10，将得到的幅值A进行伽马压缩得最终物体瑕疵图像I_out：I_out＝BAγ。B为常数，γ为校正参数，取小于1的分数，称作编码伽马值。

2.根据权利要求1所述的基于螺旋相衬滤波算法的光度立体瑕疵检测方法，其特征在于：所述光源的方向公式为：L＝2n_z*n-R，其中，R表示相机方向为(0，0，1)，若从相机视角看则坐标为(0，0，-1)。

3.根据权利要求1所述的基于螺旋相衬滤波算法的光度立体瑕疵检测方法，其特征在于：cost函数的最小化公式为：

b_j＝ρ_jn_j表示在j像素处的未知场景属性。

4.根据权利要求3所述的基于螺旋相衬滤波算法的光度立体瑕疵检测方法，其特征在于：是一个非线性最小二乘问题，可以通过Levenberg-Marquardt算法来求解。

5.根据权利要求4所述的基于螺旋相衬滤波算法的光度立体瑕疵检测方法，其特征在于：对于所有的e_i有I_j＝L^Tb_j，则根据最小二乘法能够求得b_j＝(LL^T)^-1LI_j。

6.根据权利要求1所述的基于螺旋相衬滤波算法的光度立体瑕疵检测方法，其特征在于：所述步骤f中物体的多个方位是指在物体的360°方向上选取多个角度，按0°、90°、180°、270°四个角度为例。