[发明专利]一种快速相位解包裹算法

说明书

本发明公开了一种快速相位解包裹算法，由N步相移算法、制作Mask、求解条纹级次、相位解包裹四大关键部分组成。具体包括:(1)利用N步相移算法求解包裹相位；(2)利用N幅正弦条纹图制作Mask；(3)利用包裹相位和连通域标记算法求解条纹级次；(4)根据条纹级次进行相位解包裹获得用于三维重建的绝对相位。本发明提出的算法只需投影N幅正弦相移条纹图，就能进行相位求解与解包裹，其相位恢复效果与传统方法相当，但在计算速度上有极大优势，适合有快速三维测量需求的应用领域。

技术领域

本发明属于光学三维测量技术领域，具体涉及一种快速相位解包裹算法。

背景技术

相位解包裹是条纹投影三维测量技术的关键环节之一，如何有效、快速的进行相位解包裹是本领域研究人员的重点研究课题。通过对国内外研究现状及发展动向进行分析研究，目前相位解包裹技术包括时域和空域解包裹算法。空域解包裹方法易产生像素误差传递，在测量复杂面形的时候容易失败，所以时间相位解包裹方法更常用。时域解包裹能较好处理复杂面型，但存在采集图像幅数过多、数据量大和处理时间长等问题，且多为静态测量。因此，如何用较少的投影条纹帧数来进行相位解包裹的方法，成为了本领域的突破口。

本发明提出一种快速相位解包裹算法，此方法只需投影N幅正弦相移条纹图，就能进行相位求解与解包裹，其相位恢复效果与传统方法相当，但在计算速度上有极大优势，适合有快速三维测量需求的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速相位解包裹算法，此方法只需投影N幅正弦相移条纹图，就能进行相位求解与解包裹，其相位恢复效果与传统方法相当，但在计算速度上有极大优势，适合有快速三维测量需求的应用领域。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种快速相位解包裹算法，该方法包括下列步骤：(1)用投影仪将计算机生成的N幅正弦相移条纹图依次投影到被测物体表面，对每幅投影图像用相机进行采集；(2)对采集到的N幅正弦相移条纹图使用N步相移算法求解出包裹相位；(3)利用N幅正弦条纹图制作Mask；(4)利用包裹相位和连通域标记算法求解条纹级次；(5)根据条纹级次进行相位解包裹获得用于三维重建的绝对相位。

步骤一、用投影仪将计算机所生成的N幅正弦相移条纹图依次投影到被测物体表面，对每幅投影图像用相机进行采集，获得N幅被待测物体调制后的条纹图，其光强分布如下：

公式(1)中，I_k(x,y)为相机采集的正弦相移条纹图中像素坐标为(x,y)的光强，I'(x,y)为平均灰度，I”(x,y)为条纹幅值，为待求物体包裹相位，为相移大小；

步骤二、对步骤一采集到的N幅正弦相移条纹图使用N步相移算法求解出包裹相位，求解方法如公式(2)所示：

步骤三、制作Mask，首先对步骤一相机采集到的N幅正弦相移条纹图进行求和，取平均值，利用公式(3)计算得到平均灰度：

然后利用公式(4)将平均灰度图做二值化图像处理，得到用于分割物体相位区域、消除背景的Mask；

I^mask(x,y)＝im2bw[I'(x,y)] (4)

步骤四、求解条纹级次K，由公式(2)反正切函数求解得到的包裹相位被限制在[-π，π]，首先，我们对包裹相位分别按公式(5)和公式(6)进行正反两次二值化处理，分别得到两个相反的二值化结果和

然后，将上述二值化后的结果和分别与Mask卷积，得到卷积后的结果和如公式(7)和公式(8)所示：