中仍,(U)代表周边固定圆盘受力之前的干涉位相。
[0077] 然后通过四步相移法计算得到圆盘初始时刻的位相结果。
[0078]
[0079] 为了提高位相结果的信噪比，运用均值滤波处理上述位相图，如图5所示，经过滤 波处理的位相结果表示如下：
[0080]
[0081] 3)通过在圆盘背面的中心处施加法向集中载荷，圆盘发生变形，用摄像机采集圆 盘变形后的剪切散斑图，图6为采集到的圆盘变形后依次具有间隔31 /2相移量的剪切散斑 图，具体表示如下：
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087] 其中朽(Α^)表示固定圆盘加载后的位相，代表圆盘变形后相对于起始时 刻的位相变化，该位相也就是所要检测的目标量，与物体的变形相对应。
[0088] 4)将图6中采集到的变形后干涉图进行图像分区，各分区之间保留相交部分（分 区示意图见图1)，如图7所示，具体分区如下：
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093] 其中gQ1(x，y), gQ；!(x，y), g〇；5(x，y)，gM(x，y)代表图7(a)中由上至下对应的四个区 域，以此类推。
[0094] 5)运用并行计算方法同时进行四个分区的的各个区域的相移计算和滤波处理，得 到四个分区加载后的位相结果，如下所示：
[0095]
[0099] 为了提高位相图的信噪比，对上述变形后四个区域的位相结果进行均值滤波处
[0096]
[0097]
[0098] 理，经过滤波后的位相结果％(^,>〇,仍2(1,>:)，奶.办,.)')肩 4(.^'）如下表示：
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104] 计算机通过并行计算，同时进行周边固定圆盘变形后的上述四个分区的四步相移 计算和滤波处理。
[0105] 将上述得到的四个分区的位相结果根据上述的分区方式进行逆向拼接，最终得到 的位相结果为：
[0106]
[0107] 圆盘加载后完整的位相结果，见图8。
[0108] 6)将圆盘加载后的位相结果（图8)减去初始时刻的位相结果（图5)，即可得到 周边固定圆盘由于加载引起的位相差力约 5
[0109]
[0110] 其对应的位相图如图9所示，该位相也就是所要检测的目标量，与物体变形相对 应。
[0111] 7)在测量过程中，不断采集圆盘加载后的依次具有间隔π/2相移量的剪切散斑 图，进行图像分区、相移计算、均值滤波处理、图像拼接等操作，重复步骤3)至7)，即可实现 实时位相检测。
[0112] 以使用图像采集速率为40帧/秒的相机为例，运用传统四步相移和滤波处理，位 相图显示速率在2-4帧/秒左右。而当引入了本发明方法后，位相图的实时显示帧率提到 至10帧/秒，真正做到了位相的实时检测。
【主权项】
1. 一种用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其特征在于，操作步骤 包括： 1) 在初始时刻，对被测物体采集四幅干涉图像，它们依次间隔有JT/2相移量，运用四 步相移法对上述四幅干涉图像进行解调获得被测物体初始时刻的位相结果； 2) 为提高求解位相的信噪比，使用均值滤波算法对步骤1)中得到的初始位相图进行 滤波； 3)在测量过程中，利用压电相移器以给定的频率持续间隔/2相移量，并实时采集被 测物体加载以后的四幅干涉图； 4) 运用图像分区方式，对步骤3)中采集到的四幅加载后的干涉图像沿高度方向由上 至下进行四等分，在对图像进行分区时，各区域之间需要保留相交部分； 5) 根据图像的四个分区，将加载后的干涉图像一一对应，并运用四步相移法计算出被 测物体各个分区的位相结果，同时使用步骤2)的均值滤波算法对被测物体四个分区的位 相图进行滤波，计算机通过并行计算，同时进行四个分区的四步相移计算和滤波处理； 6) 将步骤5)中计算出的被测物体四个区域的相位图按照步骤4)的分区方式进行逆向 拼接，形成一幅完整的被测物体加载后的位相图； 7) 将步骤6)计算出的被测物体加载后的位相图减去步骤2)中初始时刻的位相图，得 至IJ被测物由于加载引起的位相图像； 8) 在测量过程中不断重复步骤3)到步骤7)的过程，即实现实时位相检测。2. 根据权利要求1所述的用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其特 征在于，所述步骤1)在初始时刻，对被测物体采集四幅干涉图像，它们分别如下表示：其中，（x，y)是图像的空间坐标，= 〇，1，2,3是初始时刻采集到的四幅干 涉图像，它们依次有^1/2的相移量，3(1，7)，13〇^7)分别表示干涉图像的背景和幅值， cm)1是初始时刻的干涉位相，其通常是随机噪声； 运用四步相移法，计算出被测物体初始时刻的位相结果：3. 根据权利要求1所述的用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其 特征在于，所述步骤2)为提高求解位相的信噪比，使用均值滤波算法对步骤1)中得到的 进行普通均值滤波，滤波处理后的位相结果妁(u)如下表示： (pc,(X,v)- (,V,；r)S- 其中供,(.W)表示被测物体初始时刻的经过滤波的位相结果，F{}表示均值滤波运算， 该算法的特点在于，算法执行的时间几乎与滤波窗口NXN的尺寸无关。4. 根据权利要求1所述的用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其特 征在于，所述步骤3)在测量过程中，相移器发出以2JI为周期、依次间隔为JI/2的相移量， 并同步采集被测物体一个相移周期内的四幅干涉图像，在测量过程中，如果采集图像的速 度远大于物体变形的速度，则认为所采集到的4幅干涉图之间，由物体变形所引起的位相 变化是相同的，当前时刻采集的4幅干涉图，表达为：其中gi(x,y),i= 0, 1，2, 3…表示被测物体变形后当前时刻采集到的四幅干涉图像， 外(I，表示被测物体加载后的位相，卸(x，_y)表示当前时刻相对于起始时刻的位相变化， 该位相也就是所要检测的目标量，与物体变形相对应。5. 根据权利要求1所述的用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其特 征在于，所述步骤4)是将测量过程中存储的4幅相移图gQ(x,y),gi(x,y),g2(x,y),g3(x,y) 进行分区，为了能对分区处的边界进行滤波处理，注意在对图像进行分区时，各分区之间需 保留相交地带，具体分区如下： g〇(x, y) ^ g01 (x, y), g02 (x, y), g03 (x, y), g04 (x, y) gi (x，y) - gn (x，y)，g12 (x，y)，g13 (x，y)，g14 (x，y) g2 (x，y) - g21 (x，y)，g22 (x，y)，g23 (x，y)，g24 (x, y) g3 (x，y) - g31 (x，y)，g32 (x，y)，g33 (x，y)，g34 (x, y) 其中一表示将变形后采集到的干涉图像进行分区。6. 根据权利要求1所述的用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其特 征在于，所述步骤5)是根据上述图像分区，依次运用四步相移法，计算出被测物体四个分 区加载后的位相结果：其中约:(Av>'U'?M(.r，r)肩.)('>0代表四个分区各自的位相结果； 同时为提高求解位相的信噪比，使用步骤2)中的均值滤波算法对步骤上述得 到的外办:,.〕:，)屬2(x，_y),p]3.(u),職4(?};)进行均值滤波处理，经过滤波后的位相结果 奶i(x，.i，)，Pp_(i>，),^;(-v，j)，巩4(.v，.,i.'〇 如下表示：计算机通过并行计算，同时进行四个分区的四步相移计算和滤波处理，其中 奶;U, .y),约2 (.V，.)')，％u, .y),奶4 (X，^7. 根据权利要求1所述的用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其特 征在于，所述步骤6)是将上述得到的四个分区的位相结果根据步骤4)的分区方式进行逆 向拼接，最终得到的位相结果为：其中{}表示将四个分区的位相结果根据步骤4)的分区方式进行逆向拼接。8. 根据权利要求1所述的用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法，其特 征在于，所述步骤7)是将被测物体加载后的位相结果减去初始时刻的位相结果，得到物体 由于加载引起的位相差△釣：
【专利摘要】本发明涉及一种用于提高激光干涉条纹实时相移帧率的快速处理方法。本方法利用压电相移器产生四步相移，摄像机同步采集多幅散斑干涉图像，通过对加载后的干涉图像进行特殊的分区处理，运用并行计算方法进行四步相移和均值滤波计算，进而求解出干涉条纹的位相图。这些位相图中包含了被测物体当前时刻的位相信息，可以通过位相解调出来。该方法通过一种并行计算方法，提高了四步相移和均值滤波的计算效率，使得位相图像的显示速率较传统相移方法提高了3–4倍，真正做到了实时相移。同时均值滤波方法的引入有效抑制了图像噪声、显著提高图像对比度，实现了被测物体实时的位相提取。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN105136055
【申请号】CN201510556415
【发明人】张东升, 刘斌, 吴 荣
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月2日