一種基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及=維測(cè)量領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)方法 及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量是一種新的物體=維表面形狀的測(cè)量方法，W非接觸、方便快速、 精度高等特點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)檢測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、文物保護(hù)和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。相位展開(kāi)算法在非接觸光學(xué)輪廓檢測(cè)中有著非常大的作用，直接從相位圖中獲得的相 位于-JT到JT之間，其稱(chēng)為包裹相位，需要選取一種合適的相位展開(kāi)算法來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的絕 對(duì)相位。相位展開(kāi)即是要在各個(gè)像素上增加化31。對(duì)于理想的包裹相位圖，相位展開(kāi)過(guò)程 應(yīng)該是與路徑無(wú)關(guān)的。但是在實(shí)際應(yīng)用中陰影、條紋不清晰、表面反光度不一致、邊緣的不 連續(xù)性等情況在條紋的獲取過(guò)程中是難W避免的，使相位展開(kāi)成為一個(gè)路徑相關(guān)問(wèn)題。
[0003] 在相位展開(kāi)的過(guò)程中，如果先展開(kāi)的是包裹相位精度較低的點(diǎn)，那么誤差會(huì)向后 傳遞，導(dǎo)致誤差的累積，表現(xiàn)為展開(kāi)出的相位出現(xiàn)拉線，斷層等情況。故采用質(zhì)量圖來(lái)引導(dǎo) 相位展開(kāi)的過(guò)程，先展開(kāi)包裹相位精度較高的點(diǎn)，再展開(kāi)精度較低的點(diǎn)。傳統(tǒng)的基于質(zhì)量 圖導(dǎo)向的相位展開(kāi)過(guò)程采用洪水法進(jìn)行相位展開(kāi)，每次將新的點(diǎn)加入展開(kāi)隊(duì)列會(huì)進(jìn)行排序 (即優(yōu)先對(duì)列），而排序?qū)⒑馁M(fèi)大量時(shí)間，故基于傳統(tǒng)質(zhì)量圖導(dǎo)向洪水法的相位展開(kāi)速度較 慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)方法 及系統(tǒng)，在不犧牲精度的前提下提高相位展開(kāi)速度。本發(fā)明是該樣實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟A ;捕獲將數(shù)字條紋光投影到被測(cè)物上形成的條紋圖，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，得出 包裹相位圖；
[0007] 步驟B ;根據(jù)所述包裹相位圖計(jì)算質(zhì)量圖；
[0008] 步驟C ;將質(zhì)量圖中各節(jié)點(diǎn)按質(zhì)量值高低劃分為若干質(zhì)量等級(jí)，高質(zhì)量等級(jí)的節(jié) 點(diǎn)的質(zhì)量值大于低質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量值，同時(shí)，創(chuàng)建與質(zhì)量等級(jí)級(jí)數(shù)相等數(shù)量的隊(duì)列 用于分別存放各質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)；
[0009] 步驟D ;從各節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為相位展開(kāi)的起始節(jié)點(diǎn)，將起始節(jié)點(diǎn)的左、 上、右、下四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)，并將該四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下相鄰節(jié)點(diǎn)中相 位未展開(kāi)的節(jié)點(diǎn)存放到與各自質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中；
[0010] 步驟E ;按質(zhì)量等級(jí)由高到低的順序檢索各隊(duì)列，當(dāng)檢索到不為空的隊(duì)列時(shí)，從該 不為空的隊(duì)列中取出一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)，同時(shí)，將該節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn) 也進(jìn)行相位展開(kāi)，并將該四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下相鄰節(jié)點(diǎn)中相位未展開(kāi)的節(jié)點(diǎn)存放 到與各自質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中；
[0011] 步驟G ;重復(fù)步驟E直至所有隊(duì)列為空，相位展開(kāi)結(jié)束，得到絕對(duì)相位圖。
[0012] 進(jìn)一步地，所述起始節(jié)點(diǎn)為最高質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)中離所述質(zhì)量圖的中屯、最近的節(jié) 點(diǎn)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述質(zhì)量圖為最大相位梯度質(zhì)量圖。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟C中，根據(jù)S = O將質(zhì)量圖中各節(jié)點(diǎn)按質(zhì)量值高低劃 分為若干質(zhì)量等級(jí)；其中，n為質(zhì)量等級(jí)；S為質(zhì)量等級(jí)為n時(shí)的質(zhì)量值闊值；th,為質(zhì)量圖 的均值；O為質(zhì)量圖的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0015] 進(jìn)一步地，各隊(duì)列均為先進(jìn)先出隊(duì)列；所述步驟E中，當(dāng)檢索到不為空的隊(duì)列時(shí)， 按先進(jìn)先出原則從該不為空的隊(duì)列中取出一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)。
[0016] 一種基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)系統(tǒng)，包括：
[0017] 包裹相位圖計(jì)算單元，用于捕獲將數(shù)字條紋光投影到被測(cè)物上形成的條紋圖，并 對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，得出包裹相位圖；
[0018] 質(zhì)量圖計(jì)算單元，用于根據(jù)所述包裹相位圖計(jì)算質(zhì)量圖；
[0019]質(zhì)量等級(jí)劃分單元，用于將質(zhì)量圖中各節(jié)點(diǎn)按質(zhì)量值高低劃分為若干質(zhì)量等級(jí)， 高質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量值大于低質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量值；
[0020] 隊(duì)列創(chuàng)建單元，用于創(chuàng)建與質(zhì)量等級(jí)級(jí)數(shù)相等數(shù)量的隊(duì)列用于分別存放各質(zhì)量等 級(jí)的節(jié)點(diǎn)；
[0021] 相位展開(kāi)單元，其包括：
[0022] 起始節(jié)點(diǎn)選擇子單元，用于從各節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為相位展開(kāi)的起始節(jié)點(diǎn)；
[0023] 隊(duì)列檢索及相位展開(kāi)子單元，用于將起始節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 相位展開(kāi)，并將該四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下相鄰節(jié)點(diǎn)中相位未展開(kāi)的節(jié)點(diǎn)存放到與各 自質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中；W及按質(zhì)量等級(jí)由高到低的順序檢索各隊(duì)列，當(dāng)檢索到不為空 的隊(duì)列時(shí)，從該不為空的隊(duì)列中取出一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)，同時(shí)，將該節(jié)點(diǎn)的左、上、右、 下四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)也進(jìn)行相位展開(kāi)，并將該四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下相鄰節(jié)點(diǎn)中相位未 展開(kāi)的節(jié)點(diǎn)存放到與各自質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中；重復(fù)檢索各隊(duì)列，直至所有隊(duì)列為空，相 位展開(kāi)結(jié)束，得到絕對(duì)相位圖。
[0024] 進(jìn)一步地，所述起始節(jié)點(diǎn)為最高質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)中離所述質(zhì)量圖的中屯、最近的節(jié) 點(diǎn)。
[00巧]進(jìn)一步地，所述質(zhì)量圖為最大相位梯度質(zhì)量圖。
[0026]進(jìn)一步地，所述質(zhì)量等級(jí)劃分單元中，根據(jù)S = O將質(zhì)量圖中各節(jié)點(diǎn)按 質(zhì)量值高低劃分為若干質(zhì)量等級(jí)；其中，n為質(zhì)量等級(jí)；S為質(zhì)量等級(jí)為n時(shí)的質(zhì)量值闊值；th,為質(zhì)量圖的均值；O為質(zhì)量圖的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0027] 進(jìn)一步地，各隊(duì)列均為先進(jìn)先出隊(duì)列；所述步驟E中，當(dāng)檢索到不為空的隊(duì)列時(shí)， 按先進(jìn)先出原則從該不為空的隊(duì)列中取出一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明W質(zhì)量圖引導(dǎo)相位展開(kāi)過(guò)程，有效避免了噪聲及低質(zhì)量 區(qū)域?qū)ο辔徽归_(kāi)精度的影響。同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)創(chuàng)建與質(zhì)量等級(jí)級(jí)數(shù)相等數(shù)量的隊(duì)列用于 分別存放各質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)，避免了W傳統(tǒng)洪水算法進(jìn)行相位展開(kāi)的過(guò)程中每次有節(jié)點(diǎn)加 入隊(duì)列時(shí)的排序過(guò)程，大大提高了相位展開(kāi)的速度。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1 ;本發(fā)明基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)方法流程示意圖；
[0030] 圖2 ;本發(fā)明實(shí)施例中將數(shù)字條紋光投影到被測(cè)物上形成的條紋圖；
[003。圖3 ;本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)條紋圖計(jì)算得到的包裹相位圖；
[0032] 圖4 ;本發(fā)明實(shí)施例中計(jì)算得出的質(zhì)量圖；
[0033] 圖5 ;本發(fā)明實(shí)施例W灰度表示的相位展開(kāi)后的絕對(duì)相位圖；
[0034] 圖6 ;本發(fā)明基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)系統(tǒng)組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] 如圖1所示，本發(fā)明提出的基于質(zhì)量圖的多隊(duì)列快速相位展開(kāi)方法包括如下步 驟：
[0037] 步驟A ;捕獲將數(shù)字條紋光投影到被測(cè)物上形成的條紋圖，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，得出 包裹相位圖。數(shù)字條紋光可為正弦數(shù)字條紋光，可通過(guò)可編程數(shù)字3D投影儀將正弦數(shù)字條 紋光投影到被測(cè)物上形成條紋圖，形成的條紋圖如圖2所示?？赏ㄟ^(guò)安裝于工業(yè)相機(jī)上的 遠(yuǎn)屯、鏡頭通過(guò)6步相移來(lái)捕獲條紋圖。包裹相位圖（如圖3所示）W反正切函數(shù)表示，即；
[0038] 步驟B ;根據(jù)包裹相位圖計(jì)算質(zhì)量圖，質(zhì)量圖如圖4所示。質(zhì)量圖可采用最大相位 梯度質(zhì)量圖。其計(jì)算公式為；QiJ= max{max{{| A \j|} &x0，max{{| A\j|} &xk>}，其中，k為 中屯、的方形窗口的尺寸，A\j，為X方向和y方向的包裹相位梯度。
[0039] 步驟C ;將質(zhì)量圖中各節(jié)點(diǎn)按質(zhì)量值高低劃分為若干質(zhì)量等級(jí)，高質(zhì)量等級(jí)的節(jié) 點(diǎn)的質(zhì)量值大于低質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量值，同時(shí)，創(chuàng)建與質(zhì)量等級(jí)級(jí)數(shù)相等數(shù)量的隊(duì)列 用于分別存放各質(zhì)量等級(jí)的節(jié)點(diǎn)?？筛鶕?jù)S = O將質(zhì)量圖中各節(jié)點(diǎn)按質(zhì)量值高低 劃分為若干質(zhì)量等級(jí)；其中，n為質(zhì)量等級(jí)；S為質(zhì)量等級(jí)為n時(shí)的質(zhì)量值闊值；th,為質(zhì)量 圖的均值；O為質(zhì)量圖的標(biāo)準(zhǔn)差。一般而言，劃分3個(gè)質(zhì)量等級(jí)就可滿足要求，即質(zhì)量等級(jí) 級(jí)數(shù)為3級(jí)。當(dāng)質(zhì)量等級(jí)級(jí)數(shù)為3級(jí)時(shí)，隊(duì)列數(shù)量相應(yīng)地為3個(gè)，用于分別存放該3個(gè)質(zhì)量 等級(jí)的節(jié)點(diǎn)。
[0040] 步驟D ;從各節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為相位展開(kāi)的起始節(jié)點(diǎn)，將起始節(jié)點(diǎn)的左、 上、右、下四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)，并將該四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下相鄰節(jié)點(diǎn)中相 位未展開(kāi)的節(jié)點(diǎn)存放到與各自質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中。選取起始節(jié)點(diǎn)時(shí)，可W從最高質(zhì)量 等級(jí)的節(jié)點(diǎn)中選取離質(zhì)量圖的中屯、最近的節(jié)點(diǎn)作為起始節(jié)點(diǎn)。相位展開(kāi)時(shí)，從起始節(jié)點(diǎn)開(kāi) 始，將起始節(jié)點(diǎn)按照其左、上、右、下的次序擴(kuò)展到其周?chē)膫€(gè)節(jié)點(diǎn)，并將該四個(gè)節(jié)點(diǎn)按照如 下公式進(jìn)行相位展開(kāi)：
[0041]
其中4 (i，_j)為未展開(kāi)時(shí)的相位，Wz'J)為 展開(kāi)后的相位，Ad)為相位差。每當(dāng)一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)后，可將該節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已展開(kāi)。
[0042] 步驟E;按質(zhì)量等級(jí)由高到低的順序檢索各隊(duì)列，當(dāng)檢索到不為空的隊(duì)列時(shí)，從該 不為空的隊(duì)列中取出一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相位展開(kāi)，同時(shí)，將該節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn) 也進(jìn)行相位展開(kāi)，并將該四個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的左、上、右、下相鄰節(jié)點(diǎn)中相位未展開(kāi)的節(jié)點(diǎn)存放 到與各自質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)的隊(duì)