基于构造边的高精度快速相位解缠方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于构造边的高精度快速相位解缠方法。包括以下几个步骤：利用三步相移法投射三幅光栅图像，用相机分别捕获，得到由包裹相位图；计算产生质量图；在质量图上，由相邻两像素质量值构造水平与竖直权值边；初始化各个像素点的状态；删除冗余的权值边；进行像素点的相位解缠。本发明通过优化权值边的数量，降低了数据处理的规模，节省了解缠时间。本发明的相位解缠方法具有精度高、效率高、抗干扰能力强的特点。
【专利说明】基于构造边的高精度快速相位解缠方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机视觉中结构光三维视觉测量【技术领域】，尤其涉及一种基于构造边的高精度快速相位解缠方法。
【背景技术】
[0002]无论是时域相位调制，还是频域相位调制，最终要获得相位主值，都必须用到反正切函数，根据反三角函数的固有性质，这些相位值仅是每一点的实际相位对应在2 π主值区间内的值，即被包裹到η]内的包裹相位值，所以需要把不连续的包裹相位值解缠恢复为连续的绝对相位。
[0003]将包裹相位恢复为真实相位的过程就是相位解缠，相位解缠不仅在相位三维轮廓测量中用到，在高分辨率SAR合成孔径雷达图像的目标识别、磁共振成像、全息干涉计量等技术中都属于核心技术。因此，深入研究相位解缠方法，不仅对复杂形体三维轮廓测量意义深远，也会促进多项技术的发展。
[0004]相位解缠面临的挑战是，如何提高解缠的精度和加快解缠的速度，解缠的精度和速度是一对矛盾体，追求高精度的同时必然带来解缠速度的下降；而一味追求解缠速度，常出现解缠错误或误差累积的情况。所以，寻找一种符合具体应用的高精度快速的解缠方法是工程中的关键，它直接关系到测量的分辨率和效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有闻精度的基于构造边的闻精度快速相位解缠方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]基于构造边的高精度快速相位解缠方法，包括以下几个步骤，
[0008]步骤一:利用三步相移法投射三幅光栅图像，用相机分别捕获，得到包裹相位图；
[0009]步骤二:由包裹相位图计算产生质量图；
[0010]步骤三:在质量图上，由相邻两像素点质量值构造水平与竖直权值边；
[0011 ] 步骤四:初始化各个像素点的状态；
[0012]步骤五:删除冗余的权值边；
[0013]步骤六:进行像素点的相位解缠；
[0014]解缠过程为:
[0015]第一步:选择具有最小权值的权值边关联的两像素点，比较两个像素点的质量值，质量值大的像素点相对质量值小的像素点解缠，并将质量值大的像素点设置为已解缠标志，将两点加入到一个集合中，记录该集合的秩；
[0016]第二步:将剩余的权值边按其权值从小到大的排序作为路径向导进行解缠，根据权值边关联两像素点的状态，分三种情况进行解缠:a)有一像素点已解缠而另一像素点未解缠，解缠两像素点中未解缠的像素点，合并到已解缠像素点集合中；b)两像素点均未解缠，解缠这两像素点，并标记为一个新集合；c)两像素点均已解缠且分别属于不同集合，比较两个集合的秩的大小得到小秩集合和大秩集合，属于小秩集合中的像素点相对大秩集合的像素点解缠，合并到大秩集合中；
[0017]解缠的方法为:
【权利要求】
1.基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于:包括以下几个步骤， 步骤一:利用三步相移法投射三幅光栅图像，用相机分别捕获，得到包裹相位图； 步骤二:由包裹相位图计算产生质量图； 步骤三:在质量图上，由相邻两像素点质量值构造水平与竖直权值边； 步骤四:初始化各个像素点的状态； 步骤五:删除冗余的权值边； 步骤六:进行像素点的相位解缠； 解缠过程为: 第一步:选择具有最小权值的权值边关联的两像素点，比较两个像素点的质量值，质量值大的像素点相对质量值小的像素点解缠，并将质量值大的像素点设置为已解缠标志，将两点加入到一个集合中，记录该集合的秩； 第二步:将剩余的权值边按其权值从小到大的排序作为路径向导进行解缠，根据权值边关联两像素点的状态，分三种情况进行解缠:a)有一像素点已解缠而另一像素点未解缠，解缠两像素点中未解缠的像素点，合并到已解缠像素点集合中山)两像素点均未解缠，解缠这两像素点，并标记为一个新集合；c)两像素点均已解缠且分别属于不同集合，比较两个集合的秩的大小得到小秩集合和大秩集合，属于小秩集合中的像素点相对大秩集合的像素点解缠，合并到大秩集合中； 解缠的方法为:
2.根据权利要求1所述的基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于:所述的属于小秩集合中的像素点合并到大秩集合的过程为: 2.1小秩集合中的像素点h相对大秩集合的像素点g解缠，得到小秩集合中的像素点h的新的相位值； 2.2计算小秩集合中的像素点h的新旧相位的差值AdifT ； 2.3将小秩集合中所有的像素点的相位值都加上差值Λ diff，并将小秩集合中所有的像素点加入到大秩集合中。
3.根据权利要求1或2所述的基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于:所述的三幅捕获图像依次为第一捕获图像I1Q, j)、第二捕获图像I2(i，j)和第三捕获图像I3 (i，j)，像素点(i，j)的横坐标X和纵坐标y为:
X = 2*I2(i, JO-11Q, j)-13(i, j)
y = Ii (i，j)-13(i，j) 当像素点的横坐标X不等于零时，包裹相位图中像素点(i，j)的相位值M(i，j)为: M(i, j) = arctan(T)其中，变量根据点(x，y)所在的象限，对相位值M(i，j)进行调整，得到包裹相位值M' (i, j):
4.根据权利要求3所述的基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于:所述的质量图中的像素点(m，n)的质量值为:
5.根据权利要求4所述的基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于:所述的在质量图上，构造两个相邻像素点Pl和Ρ2的水平或竖直的权值边Ε，其权值ω为:
ω = (Q^Q2)+ β X I (ea-e-a)/(ea+e-a) 其中，Q1为像素点Pl的质量值，Q2为像素点P2的质量值，β为权值系数，e为自然底数，a = (Q1-Q2) 2/2。
6.根据权利要求5所述的基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于，所述的像素点的状态包括:解缠状态、所属集合、连接权值边的度数nd、连接该像素点的所有权值边的最小权值《min。
7.根据权利要求6所述的基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于:所述的冗余的权值边满足以下两个条件: (1)权值边的权值不是其关联的两个像素点的最小权值， (2)权值边关联的两个像素点的度数nd不小于2。
8.根据权利要求7所述的基于构造边的高精度快速相位解缠方法，其特征在于:所述的删除的冗余权值边的组合可以有多种。
【文档编号】G01B11/25GK103968781SQ201410216216
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】陆军, 李积江, 王成成, 苏航, 蔡成涛, 夏桂华, 朱齐丹, 韩吉瑞 申请人:哈尔滨工程大学