專利名稱：用于二維相位展開的加權(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，對包裹在[-π，JI)主值區(qū)間內(nèi)的包 裹相位圖進行相位展開的二維相位展開算法，可應(yīng)用于路徑跟蹤法和最小范數(shù)法等相位展 開方法，為用于二維相位展開的加權(quán)梯度質(zhì)量圖獲取方法。
背景技術(shù)：
相位展開問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 貌測量、干涉合成孔徑雷達、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)相位來描述對象的表面形貌。但在獲取二維平面上的相位時，每一點的相位是由反 正切函數(shù)計算獲得的，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)的包裹相位展開為連續(xù)的實際相位，以反映真實的 被測物體表面形貌。這種在二維平面上由包裹相位重建或恢復(fù)出連續(xù)分布的實際相位的過 程，稱為相位展開。在理想的相位展開過程中，當(dāng)遇到相位不連續(xù)時，可以通過加或者減2 π去除相 位跳變的影響，但由于實際輪廓不連續(xù)、噪聲干擾及條紋欠采樣等因素，對各種測量手段獲 得的包裹相位圖進行相位展開一般較為困難。為了解決相位展開的難題，二十余年來人們 提出了多種相位展開方法。大體可分為兩類路徑跟蹤法和最小范數(shù)法。路徑跟蹤相位展 開方法通過沿一定的積分路徑對包裹相位圖積分，來重建真實的相位輪廓。最小范數(shù)方法 則通過全局或局部優(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相位面。為 了提高相位展開結(jié)果的可靠性，克服實際相位不連續(xù)、噪聲、欠采樣等因素的影響，很多相 位展開方法需要以質(zhì)量圖為指導(dǎo)。質(zhì)量圖是描述包裹相位圖每個像素數(shù)據(jù)質(zhì)量高低的二維 數(shù)據(jù)陣列，它與對應(yīng)的包裹相位圖在像素空間位置上一一對應(yīng)。在實際相位不連續(xù)、噪聲、 欠采樣等相位梯度變化較大的區(qū)域，易導(dǎo)致相位展開錯誤，因此這些相位展開不可靠的區(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。在很多相位展開算法中，質(zhì)量圖起著至關(guān)重要的作用，質(zhì)量圖能否準確的反應(yīng) 包裹相位圖的相位變化特性，決定了展開結(jié)果是否正確。因此，一個能準確反映包裹相 位變化特性的質(zhì)量圖，對于相位展開有重要意義。在相位展開過程中，常見的質(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;趙萬成，路元剛，張婷.用于二維相位展開的相位梯度相關(guān)質(zhì)量圖.光 學(xué)學(xué)報，2009, (s2) :149 154)。
相關(guān)質(zhì)量圖和調(diào)制度質(zhì)量圖無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)識包裹相位圖質(zhì)量，但很多時候不能準確評估包裹相位圖 質(zhì)量而導(dǎo)致展開效果較差。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。在獲取這類質(zhì)量 圖時，首先對包裹相位圖進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 處理方式獲取對應(yīng)的質(zhì)量圖。相位梯度圖是否準確地反應(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，難以準確地反應(yīng)包裹相位圖的相位 梯度特性，所生成的質(zhì)量圖不可靠，會導(dǎo)致相位展開錯誤。

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、欠采樣等情況對獲取梯度信息的不良影響，提供能準確反應(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，進而提高二維相位展開的正 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(i，j)處的包裹相位值為ΦΜ，從包 裹相位圖中取點(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(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(i，j)處的包裹相位值為ΦΜ，從包裹相 位圖中取點(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(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)邊長的方形區(qū)域。
全文摘要
用于二維相位展開的加權(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)前處理點鄰域內(nèi)像素對應(yīng)點計算值確定處理點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)每一處理點處及其鄰域內(nèi)像素點的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，可以有效避免實際相位不連續(xù)、噪聲、陰影、欠采樣等因素影響，在相位展開時有很好的應(yīng)用效果。
文檔編號G06T5/00GK102096910SQ20111002726
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者趙萬成, 路元剛 申請人:南京大學(xué)