專(zhuān)利名稱(chēng)：用于二維相位展開(kāi)的加權(quán)梯度質(zhì)量圖獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，用于圖像處理中，對(duì)包裹在[-π，JI)主值區(qū)間內(nèi)的包 裹相位圖進(jìn)行相位展開(kāi)的二維相位展開(kāi)算法，可應(yīng)用于路徑跟蹤法和最小范數(shù)法等相位展 開(kāi)方法，為用于二維相位展開(kāi)的加權(quán)梯度質(zhì)量圖獲取方法。
背景技術(shù)：
相位展開(kāi)問(wèn)題存在于眾多涉及相干波處理的研究與應(yīng)用領(lǐng)域，如光學(xué)干涉表面形 貌測(cè)量、干涉合成孔徑雷達(dá)、醫(yī)學(xué)磁共振成像和自適應(yīng)光學(xué)等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域中，研究對(duì)象 的表面形貌信息與二維平面上分布的連續(xù)相位有確定的比例關(guān)系，故可用二維平面上分布 的連續(xù)相位來(lái)描述對(duì)象的表面形貌。但在獲取二維平面上的相位時(shí)，每一點(diǎn)的相位是由反 正切函數(shù)計(jì)算獲得的，被包裹在[-η，^O主值區(qū)間內(nèi)，使得二維相位圖中的相位分布呈現(xiàn) 不連續(xù)的階躍分布。因此，需要把不連續(xù)的包裹相位展開(kāi)為連續(xù)的實(shí)際相位，以反映真實(shí)的 被測(cè)物體表面形貌。這種在二維平面上由包裹相位重建或恢復(fù)出連續(xù)分布的實(shí)際相位的過(guò) 程，稱(chēng)為相位展開(kāi)。在理想的相位展開(kāi)過(guò)程中，當(dāng)遇到相位不連續(xù)時(shí)，可以通過(guò)加或者減2 π去除相 位跳變的影響，但由于實(shí)際輪廓不連續(xù)、噪聲干擾及條紋欠采樣等因素，對(duì)各種測(cè)量手段獲 得的包裹相位圖進(jìn)行相位展開(kāi)一般較為困難。為了解決相位展開(kāi)的難題，二十余年來(lái)人們 提出了多種相位展開(kāi)方法。大體可分為兩類(lèi)路徑跟蹤法和最小范數(shù)法。路徑跟蹤相位展 開(kāi)方法通過(guò)沿一定的積分路徑對(duì)包裹相位圖積分，來(lái)重建真實(shí)的相位輪廓。最小范數(shù)方法 則通過(guò)全局或局部?jī)?yōu)化方法求解出其相位梯度與包裹相位梯度最為逼近的展開(kāi)相位面。為 了提高相位展開(kāi)結(jié)果的可靠性，克服實(shí)際相位不連續(xù)、噪聲、欠采樣等因素的影響，很多相 位展開(kāi)方法需要以質(zhì)量圖為指導(dǎo)。質(zhì)量圖是描述包裹相位圖每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量高低的二維 數(shù)據(jù)陣列，它與對(duì)應(yīng)的包裹相位圖在像素空間位置上一一對(duì)應(yīng)。在實(shí)際相位不連續(xù)、噪聲、 欠采樣等相位梯度變化較大的區(qū)域，易導(dǎo)致相位展開(kāi)錯(cuò)誤，因此這些相位展開(kāi)不可靠的區(qū) 域應(yīng)被標(biāo)記為低質(zhì)量區(qū)域。而包裹相位圖中相位變化較小的可靠區(qū)域則應(yīng)被標(biāo)記為高質(zhì)量 區(qū)域。在很多相位展開(kāi)算法中，質(zhì)量圖起著至關(guān)重要的作用，質(zhì)量圖能否準(zhǔn)確的反應(yīng) 包裹相位圖的相位變化特性，決定了展開(kāi)結(jié)果是否正確。因此，一個(gè)能準(zhǔn)確反映包裹相 位變化特性的質(zhì)量圖，對(duì)于相位展開(kāi)有重要意義。在相位展開(kāi)過(guò)程中，常見(jiàn)的質(zhì)量圖有 相關(guān)質(zhì)量圖、調(diào)制度質(zhì)量圖、偽相關(guān)質(zhì)量圖、最大相位梯度質(zhì)量圖、相位導(dǎo)數(shù)方差質(zhì)量圖 和相位梯度相關(guān)質(zhì)量圖等。(Su，X. ；von Bally，G.& Vukicevic，D. Phase-st印ping gratingprofilometry !Utilization of intensity modulation analysis in complex object evaluation, Opt.Comm. ,98,141 150 ；D. C. Ghiglia, Μ. Pritt.Two-dimensional phase unwrapping :theory, algorithms, and software. New York :ffiley-Interscience publication，1998;趙萬(wàn)成，路元?jiǎng)?，張?用于二維相位展開(kāi)的相位梯度相關(guān)質(zhì)量圖.光 學(xué)學(xué)報(bào)，2009, (s2) :149 154)。
相關(guān)質(zhì)量圖和調(diào)制度質(zhì)量圖無(wú)法由包裹相位圖直接獲得，具有較大的應(yīng)用局限 性。其余的幾種質(zhì)量圖由于能直接從包裹相位圖直接得到，因而更為常用。偽相關(guān)質(zhì)量圖 利用相位數(shù)據(jù)之間的偽相關(guān)性標(biāo)識(shí)包裹相位圖質(zhì)量，但很多時(shí)候不能準(zhǔn)確評(píng)估包裹相位圖 質(zhì)量而導(dǎo)致展開(kāi)效果較差。最大相位梯度質(zhì)量圖、相位導(dǎo)數(shù)方差質(zhì)量圖和相位梯度相關(guān)質(zhì) 量圖是最為常用且較為可靠的質(zhì)量圖，它們基于包裹相位圖的相位梯度。在獲取這類(lèi)質(zhì)量 圖時(shí)，首先對(duì)包裹相位圖進(jìn)行處理獲取相位梯度圖，再在相位梯度圖的基礎(chǔ)上按照不同的 處理方式獲取對(duì)應(yīng)的質(zhì)量圖。相位梯度圖是否準(zhǔn)確地反應(yīng)包裹相位圖的梯度特性，將在很 大程度上決定了質(zhì)量圖的可靠性。目前通常采用的原始梯度處理方式，其相位梯度為當(dāng)前 像素相位值與水平或垂直方向上相鄰像素相位之差，不能體現(xiàn)當(dāng)前像素更大鄰域范圍內(nèi)的 梯度信息，當(dāng)存在相位不連續(xù)、噪聲、欠采樣等情況時(shí)，難以準(zhǔn)確地反應(yīng)包裹相位圖的相位 梯度特性，所生成的質(zhì)量圖不可靠，會(huì)導(dǎo)致相位展開(kāi)錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述已有的基于相位梯度的質(zhì)量圖的不足，克服相位不連 續(xù)、噪聲、欠采樣等情況對(duì)獲取梯度信息的不良影響，提供能準(zhǔn)確反應(yīng)包裹相位圖相位梯度 特性的質(zhì)量圖構(gòu)造新方法，該方法能夠提高質(zhì)量圖的可靠性，進(jìn)而提高二維相位展開(kāi)的正 確率和精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為用于二維相位展開(kāi)的加權(quán)梯度質(zhì)量圖獲取方法，包括 以下步驟1)、利用待處理的包裹相位圖Φ，其中任一點(diǎn)(i，j)處的包裹相位值為ΦΜ，從包 裹相位圖中取點(diǎn)(i，j)，分別求出其X方向的加權(quán)梯度和y方向的加權(quán)梯度，分別記為和 義，其中χ方向指水平方向，y方向指垂直方向，0彡i彡M-1，0彡j彡N-l，i、j均為整數(shù)， M、N為包裹相位圖水平方向和垂直方向上的圖像大小，所述加權(quán)梯度由點(diǎn)(i，j)鄰域內(nèi)包 裹相位值與權(quán)重模板獲得
權(quán)利要求
1.用于二維相位展開(kāi)的加權(quán)梯度質(zhì)量圖獲取方法，其特征包括以下步驟 1)、利用待處理的包裹相位圖Φ，其中任一點(diǎn)(i，j)處的包裹相位值為ΦΜ，從包裹相 位圖中取點(diǎn)(i，j)，分別求出其X方向的加權(quán)梯度和y方向的加權(quán)梯度，分別記為和， 其中χ方向指水平方向，y方向指垂直方向，0彡i彡Μ-1，0彡j彡N-l，i、j均為整數(shù)，Μ、Ν 為包裹相位圖水平方向和垂直方向上的圖像大小，所述加權(quán)梯度由點(diǎn)(i，j)鄰域內(nèi)包裹相 位值與權(quán)重模板獲得
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于二維相位展開(kāi)的加權(quán)梯度質(zhì)量圖獲取方法，其特征是步 驟1)中，權(quán)重模板mXn為奇數(shù)邊長(zhǎng)的方形區(qū)域。
全文摘要
用于二維相位展開(kāi)的加權(quán)梯度質(zhì)量圖獲取方法以包裹相位圖中當(dāng)前處理點(diǎn)為中心，選擇適當(dāng)大小的模板，確定x和y方向模板內(nèi)梯度權(quán)重，根據(jù)權(quán)重模板與當(dāng)前處理點(diǎn)鄰域內(nèi)像素對(duì)應(yīng)點(diǎn)計(jì)算值確定處理點(diǎn)x方向和y方向的加權(quán)梯度值；遍歷包裹相位圖得到x和y方向加權(quán)梯度圖；最后選擇合適的質(zhì)量函數(shù)根據(jù)每一處理點(diǎn)處及其鄰域內(nèi)像素點(diǎn)的x和y方向加權(quán)梯度質(zhì)量值構(gòu)造加權(quán)梯度質(zhì)量圖。本發(fā)明構(gòu)造的質(zhì)量圖可以由包裹相位圖直接導(dǎo)出，可以用于構(gòu)造或者改善所有基于梯度的質(zhì)量圖，克服了基于原始梯度的質(zhì)量圖的缺陷，可以有效避免實(shí)際相位不連續(xù)、噪聲、陰影、欠采樣等因素影響，在相位展開(kāi)時(shí)有很好的應(yīng)用效果。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102096910SQ20111002726
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者趙萬(wàn)成, 路元?jiǎng)?申請(qǐng)人:南京大學(xué)