1.5秒，共获得300帧动态图像。经 过初步图像分析，选出其中表征了平板振动过程的50帧图像截取部分进行处理，重建薄平 板的振动过程。
[0090] 具体流程步骤如图4所示：
[0091] S1 :对系统进行初始化。
[0092] 记录测量装置的结构参数以及成像系统的内、外部参数，设置光栅图像处理区域、 滤波的参数和相位展开基准点位置等参数，将这些参数传送至FPGA。
[0093]S2:从相机等成像设备接收光栅图像数据。
[0094] 图5是其中3帧不同时刻的光栅变形条纹图，分别对应于t= 0. 75s、0. 85s、Is。
[0095]S3:利用2N个Streaming-FFT组成并行的Pipeline对接收到的光栅图像进行二 维傅里叶变换，得到傅里叶频谱分布。
[0096] 图6是t=Is时光栅图像的二维傅里叶频谱分布。
[0097]S4:对图像的二维傅里叶频谱进行频域滤波，提取频谱中只包含高度信息的基频 分量。
[0098] 滤波过程包括：根据选择的滤波器类型计算图像中各像素点所对应的滤波系数； 将所述对应的滤波器系数与图像的频谱相乘，得到滤波后的频谱。
[0099] 图7是所设置的滤波器，图8是对t=Is时光栅图像傅里叶频谱滤波后所提取的 基频分量。
[0100] S5 :利用2N个Streaming-IFFT组成并行的Pipeline对滤波提取出的傅里叶基频 分量进行二维逆傅里叶变换，得到二维空域图像。
[0101] S6:对逆傅里叶变换得到的空域图像进行相位计算，得到图像的截断相位分布。
[0102] 图9是t=Is时刻的截断相位分布。
[0103] S7 :对截断相位进行展开，得到连续的相位信息分布。
[0104] 图10是t=Is时刻的连续相位分布。
[0105] S8 :根据相位-高度映射关系，从连续相位信息得到待测物高度分布信息。
[0106] S9 :将高度分布信息输入外部CPU。
[0107]S10:显示三维高度信息。
[0108] 图11是外部显示器所显示的t= 0. 75s、0. 85s、Is三帧不同时刻振动的铝质薄平 板三维面型网格分布图。
[0109] 本发明将动态傅里叶变换轮廓术全部数据处理过程集中到一张硬件开发板上完 成。将计算机硬件技术应用到动态傅里叶变换轮廓术数据处理中，采用硬件代替软件完成 数据处理，提高数据处理速度，降低设备成本。所用硬件开发板是FPGA、DSP、MCU中的任意 一种。
【主权项】
1. 一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装置，包括图像接收单元（I)、频域滤波处理 单元（2)、数据缓冲单元（3)、相位-高度计算单元（4)、通信单元（5)，其特征在于， 图像接收单元（1)用于与成像设备相连，接收采集到的光栅图像数据； 频域滤波处理单元（2)用于对光栅图像进行傅里叶变换，完成频域滤波，提取只包含 待测物高度信息的基频分量； 数据缓冲单元（3)用于频域滤波中的数据缓冲和地址变换，以及与外部通信的数据缓 冲； 相位-高度计算单元（4)用于求解图像相位分布，根据相位-高度映射计算高度分布； 通信单元（5)用于与外部CPU的数据传输与通信。2. 根据权利要求1所述一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装置，其特征在于，所述 图像接收单元（1)包括相机接口模块（Ia);频域滤波处理单元（2)包括二维傅里叶变换模 块（2a)、二维逆傅里叶变换模块（2b)、二维频域滤波模块（2c);数据缓冲单元（3)包括中 间数据缓冲模块（3a)、输出数据缓冲模块（3b);所述相位-高度计算单元（4)包括相位计 算模块（4a)、相位展开模块（4b)、高度映射模块（4c);所述通信单元（5)包括高速通信模 块（5a)。 相机接口模块（Ia)与成像设备相连；二维傅里叶变换模块（2a)与二维频域滤波模 块（2c)连接，二维频域滤波模块（2c)与中间数据缓冲模块（3a)连接，二维频域滤波模块 (2c)与二维逆傅里叶变换模块（2b)连接；二维逆傅里叶变换模块（2b)与相位计算模块 (4a)连接，相位计算模块（4a)与相位展开模块（4b)连接，相位展开模块（4b)与高度映射 模块（4c)连接；高度映射模块（4c)与输出数据缓冲模块（3b)连接；输出数据缓冲模块 (3b)与高速通信模块（5a)连接；高速通信模块（5a)与外部CPU连接。3. 根据权利要求2所述一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装置，其特征在于，所述 相机接口模块（Ia)，用于从外部成像设备接收采集到的光栅图像数据。4. 根据权利要求2所述一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装置，其特征在于，所述 二维傅里叶变换模块（2a)，用于计算光栅图像的二维傅里叶频谱； 二维傅里叶变换过程包括：采用N个Streaming-FFT组成并行的Pipeline对图像进行 按行一维傅里叶变换，得到按行的一维傅里叶变换结果；再采用N个Streaming-FFT组成并 行的Pipeline对所述按行的一维傅里叶变换结果进行按列一维傅里叶变换，得到图像的 二维傅里叶频谱； 二维频域滤波模块（2c)，用于提取傅里叶频谱中只包含高度信息的基频分量； 二维频域滤波过程包括：根据所选择滤波器的类型计算图像中各像素点所对应的滤波 系数；将所述对应的滤波器系数与图像的频谱相乘，得到滤波后的频谱； 二维逆傅里叶变换模块（2b)，用于将滤波提取到的图像频谱转换到空域，得到二维空 域图像； 二维逆傅里叶变换过程包括：采用N个Streaming-IFFT组成并行的Pipeline对 图像进行按行一维逆傅里叶变换，得到按行的一维逆傅里叶变换结果；再采用N个 Streaming-IFFT组成并行的Pipeline对按行的一维逆傅里叶变换结果进行按列的一维逆 傅里叶变换，得到二维空域图像。5. 根据权利要求2所述一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装置，其特征在于，所述 中间数据缓冲模块（3a)，用于二维频域滤波中的数据缓冲和地址变换；输出数据缓冲模块 (3b)，用于与外部通信的数据缓冲。6. 根据权利要求2所述一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装置，其特征在于，所述 相位计算模块（4a)，用于对频域滤波单元输出的空域图像信息，根据笛卡尔平面坐标系到 极坐标系的转换关系，计算出对应的原始相位信息图； 相位展开模块（4b)，用于对所述的原始相位信息图中存在截断的相位区域进行展开， 得到连续的相位信息图； 高度映射模块（4c)，用于对所述的连续相位分布，根据相位高度映射关系计算高度分 布； 所述高速通信模块（5a)，用于与外部CPU的数据传输与通信。7. -种动态傅里叶变换轮廓术数据处理方法，其特征在于，以2N个Streaming-FFT组 成并行的Pipeline，完成光栅图像的二维傅里叶变换。8. -种动态傅里叶变换轮廓术数据处理方法，其特征在于，以2N个Streaming-IFFT组 成并行的Pipeline，完成光栅图像的二维逆傅里叶变换。9. 一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理方法，其特征在于，将计算机硬件技术应用到 动态傅里叶变换轮廓术数据处理中。10. 根据权利要求9所述一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理方法，其特征在于，用于 数据处理的硬件开发板可以是FPGA、DSP、MCU中的任意一种。
【专利摘要】一种动态傅里叶变换轮廓术数据处理装置及方法，包括图像接收单元、频域滤波处理单元、数据缓冲单元、相位-高度计算单元、通信单元；图像接收单元用于与成像设备相连，接收采集到的光栅图像数据；频域滤波处理单元用于对光栅图像进行傅里叶变换，完成频域滤波，提取只包含待测物高度信息的基频分量；数据缓冲单元用于频域滤波中的数据缓冲和地址变换，以及与外部通信的数据缓冲；相位-高度计算单元用于求解图像相位分布，根据相位-高度映射计算高度分布；通信单元用于与外部CPU的数据传输与通信。本发明将计算机硬件技术应用到数据处理中，具备处理速度快、集成度高、体积小，且成本低、支持实时测量的优点。
【IPC分类】G01B11/24, G06F17/14
【公开号】CN104990514
【申请号】CN201510399889
【发明人】肖焱山, 王飞, 罗志会, 吴科军, 王习东, 何慧灵, 曾曙光
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月9日