[发明专利]一种基于最小二乘方向估计器的不连续相位分割与展开方法

说明书

本发明提供了一种基于最小二乘方向估计器的不连续相位分割方法，包括以下步骤：步骤一：先计算包裹相位的梯度向量和条纹的方向向量，在没有噪声存在时，梯度向量和条纹的方向向量是平行的，当有噪声存在时，该像素点的梯度向量将会和方向向量有一定的夹角，此时在方向向量上进行投影。本发明利用了包裹相位图的条纹结构化特性，被不连续和噪声所破坏的条纹方向会发生变化，本方法利用最小二乘方向估计器使得由噪声引起的相邻相位点的方向偏差达到最小。

技术领域

本发明涉及光学相位测量技术领域，具体涉及一种基于最小二乘方向估计器的不连续相位分割与展开方法。

背景技术

在光学干涉测量、条纹投影轮廓测量和合成孔径雷达等光学研究和工程领域，相位测量技术是必不可少的技术，在一定程度上也是决定了最后测量结果的准确性。在这些测量技术中，所测量的信息都会以相位的形式体现，并且该值域只能被包裹在[-π，π]中，为了获得实际的相位信息，需要从包裹相位中进行恢复，即相位展开，在实际环境中，带噪声的相位条纹图案是光学干涉等技术的常见结果，需要展开获得绝对相位，空间相位展开是展开包裹相位图像的一种自然而直接的方式，可以直接对所获得的包裹相位进行展开，具有快速、直接的优点，空间相位展开使用也较为广泛，主要分为基于路径跟踪的方法以及最小范数法，最小二乘法是最小范数法中使用较为广泛的一种相位展开方法，在求解展开相位梯度和包裹相位梯度最接近的最小二乘解时，通过加权来避开残差点所产生的误差进而导致误差的累计和传播，通过求解包裹相位的质量图来区分残差点和非残差点，从而获得较好的展开结果，当所测量的空间表面出现高度剧烈变化时，所获得的相位图案就会产生不连续，这会导致相位图案的灰度强度发生突变，并且相邻像素之间的相位差大于2π，空间相位展开法的准确性受不连续位置的影响很大。

因此，收噪声影响的相位的不连续位置会使得准确的相位空间展开具有一定的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于最小二乘方向估计器的不连续相位分割与展开方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于最小二乘方向估计器的不连续相位分割方法，包括以下步骤：

步骤一：先计算包裹相位的梯度向量和条纹的方向向量，在没有噪声存在时，梯度向量和条纹的方向向量是平行的，当有噪声存在时，该像素点的梯度向量将会和方向向量有一定的夹角，此时在方向向量上进行投影；

步骤二：并用二范数进行衡量投影的误差，然后求得在一定约束条件下的误差最小值，再利用拉格朗日乘子法求解该极值并获得特征向量；

步骤三：最后利用该特征向量的特性求解方向图，然后对方向图进行硬阈值分割获得二值权重图，该阈值将作为加权最小二乘法的权重系数对不连续的包裹相位进行相位展开，在不连续的位置展开时有所区分。

优选地，所述加权最小二乘法的方向估计器的不连续分割，选择梯度向量g(x,y)为相位图像f(x,y)对数值和水平方向的一阶偏导数,

在实际情况下，梯度与方向存在一定的误差，这个误差主要是由条纹的垂直方向的不同偏差所导致的；

g(x,y)-(g(x,y)^Tv(x,y))v(x,y)是g(x,y)在法向量v(x,y)的投影，每个点的相对于方向向量的梯度向量的误差e(x,y)就被定义为

e(x,y)＝||g(x,y)-(g(x,y)^Tv(x,y))v(x,y)||；

其中x和y分别表示相位图的水平和垂直方向的坐标。

优选地，所述利用步骤三获得的分割结果作为加权最小二乘相位展开法的权重系数对包裹相位ψ_i,j进行相位展开；