[发明专利]一种用于测试三维傅里叶变换胸腹表面测量手段的方法

说明书

技术领域

本发明一种用于测试三维傅里叶变换胸腹表面测量手段的方法属于结构光三维测量技术领域。

背景技术

人体胸腹表面的三维运动测量在医学分析领域具有重要应用前景，如通过胸腹表面呼吸运动来推断肿瘤运动、为精确放疗提供依据等。目前，光学测量方法被公认为是最具实用性和发展潜力的解决方案。其中，傅里叶变换轮廓术只需要一幅变形条纹图案就能得到被测物体表面的高度信息，最适合用于人体胸腹表面这类简单平坦表面的动态测量。但由于存在频谱泄露与混叠，以及环境、被测物、测量系统等的干扰信号，导致包裹相位提取与展开出现误差，进而引起三维测量的误差，这是傅里叶变换轮廓术需要解决的主要问题。

一维傅里叶条纹分析(1D-FFA)方法通过选择合适的频域滤波器，将有用信号频率成分沿一维方向分离出来，但无法滤除混叠在有用信号频率成分中的其它维的干扰信号。利用条纹图像的二维性质，将傅里叶条纹分析方法从一维扩展到二维后，二维傅里叶条纹分析(2D-FFA)方法能够将1D-FFA中分离出的信号在第二维方向上进一步分离，从而滤除混叠在有用信号中的第二维干扰信号频率成分，能显著提高傅里叶变换轮廓术的准确度。同时，很多学者还提出多种方法来减少频谱泄露和干扰信号的影响，主要包括Gabor小波变换、加窗傅里叶变换、离散余弦变换、希尔伯特变换等，取得了不同程度的效果。

为了更好地滤除干扰信号，本课题组提出了一种三维傅里叶变换胸腹表面测量方法，该方法将随时间变化的胸腹表面条纹图案序列看作一个整体，将空间图像与时间序列结合，通过增加时间维将2D-FFA方法扩展为3D-FFA方法，从而滤除二维傅里叶变换后混叠在有用信号中的时间维干扰信号频率成分，进而提高包裹相位提取的准确性。

为了初步验证该方法的有效性，需要在实验前对该方法进行初步测试，但由于该方法为本课题组首次提出，因此还没有针对该方法的现有测试方法。

发明内容

针对本课题组提出的三维傅里叶变换胸腹表面测量方法，本发明公开了一种用于测试三维傅里叶变换胸腹表面测量手段的方法，该方法能够清晰展示本课题组提出的三维傅里叶变换胸腹表面方法与传统1D-FFA和2D-FFA相比结果上的不同。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于测试三维傅里叶变换胸腹表面测量手段的方法，包括以下步骤：

步骤a、针对不同时刻拍摄的条纹图案，建立条纹图案序列强度函数模型

其中，a(x,y,t)为背景光强，b(x,y,t)为条纹调制度，f_x0为空间二维变量x的载波频率，f_y0为空间二维变量y的载波频率，f_t0为时间维变量t的载波频率，为相位分布函数；

步骤b、在步骤a条纹图案序列强度函数模型上添加干扰信号

P_noise＝K×N_p×[2×rand(X,Y,T)-1]

其中，K为噪声强度，N_p为加入噪声干扰的百分比，rand()表示生成[0,1]内的随机数函数，X为空间二维变量x的分辨率，Y为空间二维变量y的分辨率，T为时间维变量t的分辨率；

步骤c、分别对步骤a和步骤b的模型依次进行以下操作：

第一、一维傅里叶变换，一维高斯滤波，一维傅里叶逆变换，将得到的相位与真实相位相减，得到第一相位误差；

第二、二维傅里叶变换，二维高斯滤波，二维傅里叶逆变换，将得到的相位与真实相位相减，得到第二相位误差；

第三、三维傅里叶变换，三维高斯滤波，三维傅里叶逆变换，将得到的相位与真实相位相减，得到第三相位误差；

步骤d、对比步骤c得到的第一相位误差、第二相位误差和第三相位误差。

上述用于测试三维傅里叶变换胸腹表面测量手段的方法，步骤c所述的一维高斯滤波、二维高斯滤波和三维高斯滤波分别为：

一维高斯滤波：

二维高斯滤波：

三维高斯滤波：