[发明专利]小波变换轮廓术抑噪方法

摘要

一种小波变换轮廓术抑噪方法，该方法包括光学条纹图像的采集、进行二维连续小波变换、提取小波脊3个步骤。本发明具有较强的噪声抑制能力和较快的速度。利用本发明，当CCD摄像机采集的光学条纹图像中含有较强噪声时，小波变换轮廓术仍然能够实现高精度三维面形测量。

主权项

一种小波变换轮廓术抑噪方法，所述方法利用的图像获取系统包括：投影系统(1)、CCD摄像机(2)、计算机(3)和待测物体(4)；待测物体(4)在投影系统(1)的投影范围之内，待测物体(4)在CCD摄像机(2)的视场之内，所述的计算机(3)的输入端与所述的CCD摄像机(2)的输出端相连，其特征在于所述方法包括如下步骤：①光学条纹图像的采集：投影系统(1)投影正弦结构光场至待测物体(4)的表面；加载了数据处理程序的计算机(3)控制所述的CCD摄像机(2)从另一角度拍摄经过被测物体调制的变形条纹图形并存储；设定光学条纹图的行方向为x方向，列方向设为y方向，强度信息I'(x)如下列公式所示：I'(x,y)＝I1(x,y)+I2(x,y)cos[2πfx+Δφ(x,y)]，其中，I1为背景光强度，I2为条纹的调制强度，f为投影条纹的基频，Δφ(x,y)为由待测物体三维面形高度h信息引起的调制相位；②进行二维连续小波变换：采用二维Morlet复小波对所述的强度信息I'(x)按下列公式进行二维连续小波变换：W(ux,uy,s,θ)=s-n∫R2I′(x,y)ψ*(s-1r-θ(x-ux,y-uy))d2,]]>其中，W(ux,uy,s,θ)为小波变换系数，s为尺度因子，ux，uy分别为x方向和y方向的平移因子，θ为旋转角度,r‑θ为旋转矩阵，ψ为二维小波函数，ψ*为ψ的复共轭函数；③提取小波脊：设定一个与路径相关的计算函数为cost，cost函数的定义为：cost(u,s,θ)=-C0∫u|W(u,s,θ)|2du+C1∫u|∂s∂u|2du+C2∫u|∂θ∂u|2du,]]>其中C0、C1、C2为常数，u＝[ux,uy]，W为小波系数，为尺度因子的梯度，为旋转因子的梯度；计算各路径的cost函数值；取cost函数值最小时的路径作为最佳路径；最佳路径经过的各个位置的小波变换系数模值为小波脊；提取小波脊的具体步骤为：1)取出图像的一行对应的小波变换系数数据，该小波变换系数数据是一个三维矩阵，表示为A；A的三个维度分别为平移量u、尺度因子s和旋转角度θ，三个维度的坐标分别为Pu,Ps,Pθ；设定每次计算连续排列的N个平移量的cost函数值，其中N的取值为大于2，小于光学条纹图像的行数或者列数的正整数；2)取出矩阵A的前N‑1行的数据，分别找出各组数据的模极大值，将这些模极大值设为前N‑1行的小波脊，查找出第N‑1行的小波脊在矩阵A中的坐标，表示为(Pu0,Ps0,Pθ0)；3)取出矩阵A中第Pu0+1行、第Pθ0页的数据构成数组C；查找出C的模极大值元素pc1以及pc1在矩阵A中的坐标；设pc1在矩阵A中的坐标为(Pu0+1,Psc,Pθc)；找出元素pc2(Pu0+1,Psc+1,Pθc)、pc3(Pu0+1,Psc‑1,Pθc)、pc4(Pu0+1,Psc,Pθc+1)、pc5(Pu0+1,Psc,Pθc‑1)中模值大于等于pc模值的90％的元素；将这些元素与pc一起作为矩阵A中第Pu0+1行对应图像位置小波脊的候选元素；4)根据下列公式分别计算各候选元素所构成路径的cost函数值；cost=Σk=Pu0-N+2Pu0+1[-C0*|W(u,s,θ)|2+C1*|s(k)-s(k-1)|2+C2*|θ(k)-θ(k-1)|2];]]>查找cost函数值最小的路径，并将该路径设为最佳路径；最佳路径对应的候选元素的模值作为矩阵A中第Pu0+1行对应图像位置的小波脊；将该小波脊对应的坐标分别赋值给Pu0,Ps0,Pθ0；5)重复步骤3)和4)，直到计算完成矩阵A中所有行的数据，得到光学条纹图像该行的小波脊；6)依次取出光学条纹图下一行对应的小波变换系数数据，重复步骤1)至5)，得到整个光学条纹图像的小波脊。