[发明专利]一种基于可靠度的加权最小二乘相位展开计算方法

说明书

本发明公开了一种基于可靠度的加权最小二乘相位展开计算方法。通过工业相机设备拍摄采集待测物的散斑干涉图，经过图像处理获得包含待测物三维信息的二维相位包裹图；利用包裹相位值的二阶差分计算获得相位包裹图中每一点的可靠度；计算确定可靠度阈值，计算获得二值化掩膜因子作为加权最小二乘相位展开权重，进行迭代计算，获得最终真实相位。本发明不仅具有加权最小二乘计算方法提供平滑解的优点，并具有计算速度快、精度高、有效抑制噪声传播和消除平滑效应等优点。

技术领域

本发明涉及数字散斑干涉技术领域，具体涉及一种基于可靠度的加权最小二乘相位展开计算方法。

背景技术

数字散斑干涉技术(Digital Speckle Pattern Interferometry,DSPI)是一种激光技术与数字图像处理相结合的光学干涉测量技术，与传统测量技术相比，具有高精度、非接触无损害、高灵敏度和全场测量等优点，已广泛应用于航天航空、生物医学、船舶制造等领域。相位展开是DSPI技术应用中最为关键的步骤，直接影响测量精度。近年来，国内外学者已经提出了很多相位展开计算方法。其中，最小二乘相位展开计算方法利用包裹相位的离散偏微分与真实相位的离散偏微分之差最小的准则来解包裹可以消除拉线现象，得到平滑解，是一种简单稳健、运算速度快且对内存要求小的最为常用的计算方法。但当包裹相位中存在噪声点、零幅值点、低调制度点时，最小二乘相位展开计算方法无法得到正确解。加权最小二乘相位展开计算方法通过权重来加以克服噪声等带来的影响，但是引入的权重适当与否也会影响解包裹的正确性，同时也降低了计算速度，并且不能抑制噪声的传播和消除平滑作用带来的误差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于可靠度的加权最小二乘相位展开计算方法，计算速度快，能有效抑制噪声传播，并且消除平滑效应。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

步骤一：通过工业相机设备拍摄采集待测物的散斑干涉图，经过图像处理获得包含待测物三维信息的大小为M×N的二维相位包裹图；

步骤二：利用包裹相位值的二阶差分计算获得相位包裹图中每一点的可靠度；

步骤三：确定可靠度阈值，计算获得二值化掩膜因子，并作为加权最小二乘相位展开权重；

步骤四：根据加权最小二乘相位展开权重进行迭代计算，获得最终真实相位。

步骤四包括：初始化迭代次数k和绝对相位φ₀，计算每个点的包裹相位的加权离散偏微分；依据迭代公式，进行第k次最小二乘相位展开获得φ_k+1；判断φ_k+1是否满足收敛条件，若满足，则求出真实相位φ_k+1；若不满足，则迭代次数k＝k+1，并返回继续迭代。

本发明是针对板类待测物，采集的是板类待测物表面变形的散斑干涉图。

板类待测物采用铝、复合材料等制成的板件，通过外力受力使得薄板类待测物表面发生内凹或者外凸的变形，再采用本发明方法进行检测。

所述步骤一，具体为：通过工业相机设备拍摄采集待测物变形前后的散斑干涉图，然后经过图像处理获得包含待测物三维变形信息的大小为M×N的二维相位包裹图。

所述步骤一以空间载波法处理获得获得包裹相位图：用工业相机设备拍摄待测物表面变形前后的带有载波量的两幅散斑干涉图，对两幅散斑干涉图分别进行傅里叶变换获得两幅频谱图，分别选择两幅频谱图中的正一级频谱得到两幅正一级频谱图，接着对两幅正一级频谱图做逆傅里叶变换并取反正切获得两幅相位图，最后将两幅相位图相减得到带有待测物表面变形信息的相位包裹图，对相位包裹图进行滤波和去噪声后得到大小为M×N的二维相位包裹图

所述步骤二，具体为：

先采用以下公式计算二维相位包裹图中每一点包裹相位值的二阶差分：