[发明专利]一种基于空域相移单帧图像调制度解调方法

说明书

本发明公开了一种基于空域相移单帧图像调制度解调方法。在结构光照明显微测量方法中，传统的基于时域相移算法的调制度解析方法至少需要采集3幅图像，测量费时，不适用于动态实时测量。而基于傅里叶变换分析的调制度解析算法只需要采集一帧图像，测量速度大大提高。但傅里叶变换属于全局分析方法，会带来极大的高频信息损失，不能满足复杂形貌检测。本发明提出一种空域相移算法实现对单帧图像的调制度解析，该方法效率高、高频信息损失极少，可满足复杂形貌实时检测需要。

技术领域

本发明属于光学测量工程的技术领域，具体涉及本发明公开了一种基于空域相移单帧图像调制度解调方法

背景技术

微纳三维形貌检测技术，能够准确获取微纳结构三维结构信息，不仅能够对微纳结构加工质量进行检测，而且能够通过获取形貌，建立结构与性能之间的直接联系，不仅是开展各项微纳技术研究的基础，也是现代检测技术的重要发展方向。

结构光照明显微测量方法由于其非接触、全视场、高精度、适用性广泛等优点而得到了广泛的应用。例如2018年，中科院光电技术研究所研究团队通过垂直扫描，提取调制度曲线峰值所在位置的方法实现了多层微纳结构的检测。2019年，中科院西安光机所团队通过使用彩色CMOS相机采集图像，实现了带有真彩色的昆虫三维形貌检测。

图像调制度解析是结构光照明显微测量的关键。现有的调制度解析算法主要有时域相移调制度解析算法，该方法能有效的保留待测物体的高频信息，解析精度高，是最常用的调制度解析方法，但该方法至少需要三幅图像才能解析出图像调制度分布，效率较低，不利于快速测量。另外一种方法为频域傅里叶变换分析方法，该算法只需要采集一帧图像，测量速度大大提高，但傅里叶变换属于全局分析方法，图像调制度的变化会导致其各级频谱展宽，通过滤除基频来计算调制度时，会导致待测物体高频信息损失严重，从而带来极大的调制度测量误差。

为了满足测量系统快速检测以及复杂形貌检测的需要，提出一种空域相移算法实现对成像光场图像的调制度解析。本方法首先完成时域相移到空域相移的变换，进一步通过对左右不同求取调制度值来减小空域相移的误差，从而实现单帧图像的调制度解析。本测量方法无需采用特殊装置来实现相移，采用一幅图即可获得图像调制度分布，测量效率大大提升，同时高频信息损失极少，可应用于快速测量。

发明内容

本发明设计了一种基于空域相移单帧图像调制度解调方法，该方法可以实现高精度图像调制度解析，同时高频信息损失极少。

为了达成上述目的，本发明提供的技术方案为：一种基于空域相移单帧图像调制度解调方法，所述方法包括步骤：

步骤S1：通过结构光照明显微测量系统采集一帧带有物体形貌信息的图像；

步骤S2：选择图像每行相对小的区域内某像素点右边相邻五个像素点作为时域相移中的五幅光强图，结合stoilov算法，可得到该像素点调制度值；

步骤S3：依次将步骤S2所述的相对小区域依次向右移动一个像素点，重复步骤S2可得到整场图像的调制度解调结果；

步骤S4：选择图像每行相对小的区域内某像素点左边相邻五个像素点作为时域相移中的五幅光强图，重复步骤S3可得到另一场调制度值；

步骤S5：将步骤S3与步骤S4所解析的调制度取平均，得到最终的图像调制度分布。

其中，采集图像在相对小的区间间隔内连续5个像素点的光强值依次与传统时域相移方法中5幅图像中的光强值相对应，因此空域上连续的5个像素点相当于时域相移得到的5个像素点，实现时域到空域的转换。