[发明专利]并行计算光学条纹图相位提取方法

摘要

一种并行计算光学条纹图相位提取方法，所述方法使用包含多核CPU或计算机机群组成的多节点CPU的计算平台，主节点CPU完成图像读取与并行任务划分及调度；分节点CPU处理被分配的相位求解任务，并将结果传回主节点CPU；主节点CPU获取分节点计算结果并完成相位解包裹。本方法在保持了串行小波变换光学条纹图相位提取方法精度的同时，提高了数据处理速度。

主权项

一种并行计算光学条纹图相位提取方法，其特征在于该方法对CCD获取光学条纹图的相位提取采用多核CPU运算平台，分为主节点CPU和分节点CPU，该方法包括以下步骤：①主节点CPU读入CCD获取的图像，并根据图像的分辨率和小波变换的尺度因子的数目，按照图像处理的行列或者是分节点CPU的个数来调度分配分节点CPU的计算任务，分配调度的方法有两种：1)任务分配调度方式一：当CCD获取的图像分辨率不大于512×512，且需要分析的小波尺度个数少于或等于60时，所述的主节点CPU将光学条纹图的一行或者一列像素的小波脊提取和相位求解作为单次计算任务发送给分节点CPU，分节点完成单次计算任务后，所述的主节点CPU接收并开始下一个计算任务直至所有计算任务完成；2)任务分配调度方式二：当CCD获取的图像分辨率大于512×512，或需要分析的小波尺度个数多于60时，按照所用的分节点CPU数目P，将整幅图像的小波脊提取和相位求解计算任务划分为P份，主节点CPU一次性分派所有计算任务到P个分节点CPU，P个分节点CPU同时执行分派的任务，计算相应部分的小波变换脊，并求解相位，P个分节点CPU完成单次计算任务后，P个分节点CPU将包裹相位，传回主节点CPU，主节点CPU整合包裹相位，解包裹之后根据测量光路的几何参数恢复待测物体形貌，直至所有计算任务完成；②分节点CPU接收主节点CPU传递的图像，计算小波脊和相应包裹相位的任务，计算过程如下：光学条纹图中的结构光方向，即未调制强度呈正弦变化的方向为图形的行方向，设为x方向，列方向设为y方向，光学条纹图沿结构方向的一维强度信息I'(x)与变量y无关，图像每行的强度信息如公式(1)所示：I'(x)＝I1+I2cos(2πfx+Δφ(x))  (1)其中，I1为背景光强度，I2为条纹的调制度，f为投影条纹的基频，Δφ(x)为由待测物体高度h信息引起的调制相位；采用Morlet复小波对单行强度信息进行连续小波变换：W(a,b)=∫-∞+∞I′(x)ψa,b*(x)dx=∫-∞+∞I′(x)1aΨ*(x-ba)dx=1aI′(b)⊗ga(b)---(2)]]>其中，W(a,b)为小波变换系数，为母波函数Ψ(x)的子波函数，a为尺度因子，b为平移因子，是ψa,b(x)的复共轭函数；求小波变换系数W(a,b)的模|W(a,b)|，取小波变换系数矩阵第b列在所有行中的极大值点，作为小波变换脊：ridge(b)＝max[|W(a,b)|]  (3)求得的小波脊为单行的向量，各元素的幅角即为所需的包裹相位：φ(ridge(b))=arctan{Im[ridge(b)]Re[ridge(b)]};---(4)]]>3)分节点CPU将所述的包裹相位，传回主节点CPU，主节点CPU整合包裹相位，解包裹相位之后，根据测量光路的几何参数恢复待测物体形貌：在远心光路条件下，L0＞＞h(x,y)，被测物体高度分布h(x,y)与调制相位Δφ(x,y)的关系为：h(x,y)=-L02πfdΔφ(x,y)---(5)]]>其中，L0和d为图1所示系统中的结构参量。