[发明专利]一种基于质量图区域分割的快速相位展开方法

摘要

本发明属于计算机测量技术领域，具体涉及一种基于质量图区域分割的快速相位展开方法。本发明通过摄像机捕获处理得到包裹相位图；根据包裹相位图计算质量图；使用相位微分差分算法对质量图进行滤波；自动获得区域分割阈值；利用得到的阈值将包裹相位图分成优先级不同的区域；采用简单路径跟踪相位展开算法完成区域的相位展开；进行相位展开；按照优先级从高到低的顺序，将相位展开后的组合并。本发明基于区域分割的简单路径跟踪相位展开算法，能够在尽量不降低相位展开精度的前提下提高相位展开的速度。该方法满足结构光视觉三维测量的高精度，快速解缠，抗噪声干扰等要求。

主权项

一种基于质量图区域分割的快速相位展开方法，其特征在于：步骤1：使用投影仪将正弦光栅投影到目标物体上，通过摄像机捕获处理得到包裹相位图；步骤2：根据包裹相位图计算质量图，使用相位微分差分算法对质量图进行滤波，通过质量图来评价包裹相位精度的高低：$q_{\min }=\frac{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{i=m-\frac{k}{2}}^{m+\frac{k}{2}}{\mathrm{\Σ}}_{j=n-\frac{k}{2}}^{n+\frac{k}{2}}{({\mathrm{\Δ}}_{i,j}^x-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_{m,n}^x)}^2}+\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{i=m-\frac{k}{2}}^{m+\frac{k}{2}}{\mathrm{\Σ}}_{j=n-\frac{k}{2}}^{n+\frac{k}{2}}{({\mathrm{\Δ}}_{i,j}^y-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}}}_{m,n}^y)}^2}}{k\×k},$其中，和是包裹相位在x和y方向的差分，和是k×k窗口中x和y方向差分的平均值，步骤3：根据获得的质量图信息，按照质量值的由低到高将质量图分区域，根据质量值直方图的分布模式，自动获得区域分割阈值：对图像质量图I(x,y)，高质量区域和低质量区域的分割阈值记作T，属于高质量区域的像素点数占整幅图像的比例记为ω₀，其平均灰度μ₀；低质量区域像素点数占整幅图像的比例为ω₁，其平均灰度为μ₁，图像的总平均灰度记为μ类间方差记为g，图像的大小为M*N，图像中像素的灰度值小于阈值T的像素个数记作N₀，像素灰度大于阈值T的像素个数记作N₁,N₀+N₁=M*N，ω₀+ω₁=1，μ=ωx*μ₀+ω₁*μ₁，g=ω₀(μ₀‑μ)²+ω₁(μ₁‑μ)²，g=ω₀ω₁(μ₀‑μ₁)²，采用遍历的方法得到使类间方差最大的阈值T，即为所求阈值；步骤4：利用得到的阈值将包裹相位图分成优先级不同的区域，优先级高的区域优先扩展，优先级低的区域随后扩展，按照展开的先后次序将得到的区域赋予组编号，在同一区域的组具有相同的优先级；步骤5：采用简单路径跟踪相位展开算法完成区域的相位展开：分别在不同优先级区域中选择一个起始点，将起始点按其左、上、右、下的次序扩展得到4个节点，如果这4个节点在本区域，将得到的4个节点依次放入open表，将起始点放入close表中，并令其绝对相位为零；步骤6：从open表中取出第一个节点，进行相位展开，式中φ_A(r,c)为待展开处(r,c)的绝对相位，φ_A(r′,c′)为(r′,c′)处已展开的绝对相位，(r′,c′)为(r,c)邻域中的一个点，且其在close表中，θ为阈值，此处取θ=π，Δφ=φ_W(r,c)‑φ_W(r′,c′)，φ_W(r,c)为(r,c)处的包裹相位，φ_W(r′,c′)为(r′,c′)处的包裹相位；将展开的节点放入close表中并按其左、上、右、下的次序扩展得到4个节点，如果这4个节点在本区域中且不在close表中和open表中，将得到的这4个节点依次放入open表中；重复步骤6直到open表为空，完成区域的相位展开；步骤7：按照优先级从高到低的顺序，将相位展开后的组合并：将被低优先级组包围的孤立高优先级组同周围已经完成相位展开合并的低优先级组进行合并，得到最终绝对相位图。