[发明专利]一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法

说明书

本发明公开了一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法。首先通过摄像设备拍摄并用相应的图像处理方法得到包含M×N个像素点的被测物体缺陷信息的二维相位包裹图像。其次根据二维包裹图像设置水平方向x与竖直方向y。再根据二维包裹相位的梯度值与行列方向相位梯度的标准差进行对比得出的结果，选择是否利用行列方向相位梯度的加权移动平均值校正原本的相位梯度值。最后将校正后的梯度值带入离散余弦解包裹算法中，并以此得到图像的真实相位φ。本发明具有解包裹速度快、抗干扰能力强、计算精度高等特点，提高了在包裹图像存在噪声干扰的情况下，可解出更接近被测物真实相位信息的能力。

(一)技术领域

本发明涉及的是结构光三维测量中包裹相位的相位解包裹操作，属于图像处理技术领域。

(二)背景技术

随着科技的不断进步，人们对交通安全愈发重视，由于无损检测技术的不断兴起，应用无损检测技术对交通运输工具进行缺陷、破损等检测越来越频繁，且对检测环境、影响及检测精度的要求也不断提高。

而对于无损检测技术，其中的关键就是如何准确的将包含待测物缺陷信息的相位信息提取出来，而采集到的相位信息是通过计算反三角函数得到的，相位值被截断在[-π，π]，这种现象被称为包裹相位，所以要展现待测物真实信息的真实相位，就要进行解包裹的操作。

常用的解包裹中，经典的最小二乘法解包裹是现在常用的方法，其中的离散余弦解包裹算法更为突出(葛宝臻,崔鹏,吕且妮,等.基于离散余弦变换最小二乘法实现数字全息再现像的相位解包裹[J].中国石油大学学报(自然科学版),2008,32(6):169-173.DOI:10.3321/j.issn:1673-5005.2008.06.036.)提高了解包裹速度，但其本身会导致误差传递，在包裹相位本身含有噪声或轻微欠采样数据时，处理效果就会下降。

相移干涉中基于DCT域掩膜的相位解包裹方法(相移干涉中基于DCT域掩膜的相位解包裹方法[J].科技通报,2017,33(1):119-122,158.DOI:10.13774/j.cnki.kjtb.2017.01.026.赵硕.)利用二值化掩膜的方法区分包裹的噪声掩膜部分，单独对噪声区域进行迭代解包裹，使包裹图像在噪声存在时处理效果提升，但对于掩膜操作，需要执行多次迭代才能获得较为平稳的值，且迭代次数需要测试才能获得最为真实的稳定值。

(三)发明内容

为改进离散余弦解包裹方法现有的不足，本发明的目的是提供一种能够克服在包裹相位存在较多的噪声情况下，也可以准确且快速的将相位进行展开的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于相位梯度加权移动平均校正的离散余弦解包裹算法，包括的具体步骤如下：

通过搭建实验光路及摄像设备拍摄得到的五幅图像，其中一副为原始图像，其余四副为相位差分别相差的图像，利用五图四步相移法对拍摄得到的图像进行相位的提取，得到一副大小为M×N的二维相位包裹图，其中包裹相位具有M×N个像素点，为二维离散点上(i,j)的相位；

分别设置沿二维包裹相位的水平方向x与竖直方向y两个方向；

分别计算相邻点包裹相位梯度，其中：0≤i≤M，0≤j≤N；

x方向的相位梯度：

y方向的相位梯度：

计算可得到沿x方向的相位梯度个数为M-1个，沿y方向的相位梯度个数为N-1；

利用计算得到的相位梯度，分别计算沿x方向与y方向的相位梯度标准差，作为判断相位梯度的离散程度的指标：

x方向的相位梯度标准差：

y方向的相位梯度标准差：

利用计算得到的相位梯度，分别计算x方向与y方向的相位梯度加权移动平均值，其中ω为权重系数，权重系数之和为1：