专利名称：基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法的制作方法
技术领域：
本发明属于图像处理领域，具体涉及剪切散斑干涉术中包裹相位图的展开，即基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法。
背景技术：
电子剪切散斑干涉技术是20世纪80年代发展起来的一种高精度的光学无损检测技术，广泛应用于粗糙表面的变形测量，具有非接触、高灵敏度和全场实时检测等优点。为了从散斑条纹中得到材料的应变，必须从条纹中提取相位，但是如今的数字散斑测量术中，一般采用相减模式来产生数字散斑条纹图，不可避免地附带有大量的乘性噪声，且通过四步相移法提取相位时，真实相位被包裹在(-n，n]之间，需要将相位展开，得到真实相位，相位展开是相位提取中极其重要的一步，关系到位移、应变等物理量的测量精度。展开包裹的散斑相位图，考虑其大量的乘性噪声，现如今普遍采取先滤波后展开相位的流程，但是散 斑条纹图的滤波是非常精巧的任务，过了的话，很容易破坏真实的相位信息，而且针对不同噪声含量的散斑条纹图，滤波策略也得做出相应的改变，这无疑增加了相位展开算法整体的复杂度，故在剪切散斑干涉术中，设计高抗噪性能的相位展开算法十分有意义。为了能够快速而且准确地展开相位，国内外不同领域的学者提出了众多算法，可以粗略地划分为两类路径无关法和路径跟踪法。最小二乘法，是与路径无关的全局算法，虽然可以得到平滑解，保证展开相位在全局连续，但是局部的相位展开误差会在全局内传递，无法保证展开相位的相位一致性，即破坏了展开相位与原始相位只可相差2 整数倍的约束条件，得不到精确解。路径跟踪法通过识别残差点后设置枝切，或者引入质量图来指导相位展开的路径，从而避开噪声区，但在散斑包裹相位图的展开中，大量随机的散斑噪声，使得残差点过于密集，很容易形成相位无法展开的孤立区域，无法保证展开相位在全局内连续，以上算法均得不到相对理想的结果。故为了准确展开相位，必须同时保证展开相位的全局连续性和相位一致性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，解决相位展开算法抗噪性能差，得不到准确解的问题，提供一种新型的基于图切割的相位展开算法，避开噪声的影响，准确提取相位，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，包括如下步骤I.针对具体的相位展开问题构造合适的能量函数，建立整数优化的能量最小化模型；2.简化能量最小化模型，将其转化为可迭代求解的0-1优化问题，每次迭代利用图切割理论求解；3.为步骤2中得到的能量函数构造相应的图，使该图中的割容量表示能量函数；4.利用最大流最小割算法确定已建立图的最小割，得到能量函数的最优0-1解，更新能量函数；5.不断迭代来减小能量函数，直到不再减少时终止迭代，得到最优的整数估计，展开相位。步骤I具体的内容为四步相移法提取的相位是通过反正切函数得到的，相位被包裹在区间(-H，]内，相位展开就是将截断的相位恢复成为真实连续的相位，即为O =料2 31 K(I)上式中，O是真实相位图，^是包裹相位图，K为整数矩阵；建立一个能量函数来反映全局相位的不连续程度，通过不断迭代整数K来最小化该能量函数，最小的能量函数即对应最优的整数估计k'
权利要求
1. 一种基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，其特征是，包括如下步骤 1.针对具体的相位展开问题构造合适的能量函数，建立整数优化的能量最小化模型； 2.简化能量最小化模型，将其转化为可迭代求解的0-1优化问题，每次迭代利用图切割理论求解； 3.为步骤2中得到的能量函数构造相应的图，使该图中的割容量表示能量函数； 4.利用最大流最小割算法确定已建立图的最小割，得到能量函数的最优0-1解，更新能量函数； 5.不断迭代来减小能量函数，直到不再减少时终止迭代，得到最优的整数估计，展开相位。
2.如权利要求I所述的基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，其特征是，步骤I具体的内容为 四步相移法提取的相位是通过反正切函数得到的，相位被包裹在区间(-n，^ ]内，相位展开就是将截断的相位恢复成为真实连续的相位，即为
3.如权利要求I所述的基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，其特征是，步骤2具体的内容为 每一次的迭代，整数矩阵K中元素ku的变化量8 限定为0或1，即t+1次迭代的ku可表不为 kl+l = kf. + S(5) 其中，Sij G {0，1}，t+1次迭代时，结合式⑴，式⑷和式(5)，式(3)中的相位图水平和竖直方向差分值A成和Af可表示为 [
4.如权利要求I所述的基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，其特征是，步骤3的具体内容为对于图G= (V，E)，由顶点集V和边集E组成，顶点之间由边连接，边被赋予非负的权值，采用有两个终点的图，这两个终点分别被称为源点s和汇点t ;把该种图G = (v, E)中除终点外的点分成两个不相连的子集S和T的过程就是图切割C = S/T，其中源点s在S集里，汇点t在T集里，切割C相当于标号f，其中f是从一个从顶点集合V-{s,t}到{0,1}的映射f (V) = 0意味着V G S,f(v) = I意味着vGS ;图切割就是用{0，1}给图中的每个顶点赋值；图切割的割容量定义为从集合S到集合T的所有边的权值和,表达为
5.如权利要求I所述的基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，其特征是，步骤4的具体内容为根据Ford-Fulkerson定理，确定最小割就等同于计算从源点到汇点的最大流，最小割和最大流是等价的，而图中的最大流可以快速而准确地得到，采用最大流最小割算法max-flow/min-cut先得到图的最大流,进而确定图的最小割。
6.如权利要求I所述的基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，其特征是，步骤5具体的内容为利用求得的能量函数的最小解8，将其代入式(7)，得到t+1次迭代时的能量函数Et+1，与上一次迭代的能量函数Et进行比较，不断迭代直到能量函数不再减少，得到最优的整数估计龙,代入下式
全文摘要
本发明属于图像处理领域。为解决相位展开算法抗噪性能差，得不到准确解的问题，同时避开噪声的影响，准确提取相位，本发明采取的技术方案是，基于图切割的高抗噪性散斑包裹相位图的展开算法，包括如下步骤1.针对具体的相位展开问题构造合适的能量函数，建立整数优化的能量最小化模型；2.简化能量最小化模型，将其转化为可迭代求解的0-1优化问题，每次迭代利用图切割理论求解；3.为步骤2中得到的能量函数构造相应的图；4.利用最大流最小割算法确定已建立图的最小割，得到能量函数的最优0-1解，更新能量函数；5.不断迭代来减小能量函数，直到不再减少时终止迭代，得到最优的整数估计，展开相位。本发明主要应用于图像处理。
文档编号G06T7/00GK102800081SQ20121018540
公开日2012年11月28日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者王晋疆, 吴明云 申请人:天津大学