一种用于动态三维测量的条纹增强方法技术

本发明专利技术公开了一种用于动态三维测量的条纹增强方法，该方法采用二维正弦辅助的经验模态分解法对条纹图像进行多尺度分解，随着分解过程的进行，对各层尺度能量的变化进行分析以确定噪声分量，然后对各层尺度分解图进行幅频分析，以分隔条纹分量和背景分量。条纹分量一旦确定，BSEMD则停止分解。再对所确定的条纹分量进行后续处理，通过形态学操作去除残留的噪声，最终得到增强的条纹图像。本发明专利技术方法仅用一对互逆的二维正弦分布参与操作即可得到一系列尺度分明的分解图，通过灵活有效的智能方法自动对分解结果进行分类，并通过简单的后处理操作使提取的条纹分量得以进一步增强，方法整体上可保持较高的效率和精度，且自动化程度较高，具有很好的应用潜力。

A stripe enhancement method for dynamic 3D measurement

The invention discloses a method for enhancing dynamic 3D measurement of the stripes, the method using empirical mode decomposition method for two-dimensional sinusoidal assisted multiscale decomposition of image, with the decomposition process, changes of each layer of scale energy is analyzed to determine the noise component, and then the amplitude frequency analysis of each layer of scale decomposition map, to separate the fringe component and the background component. Once the stripe components are determined, the BSEMD stops decomposing. After the subsequent processing of the determined stripe components, the residual noise is removed by morphological operation, and the enhanced stripe image is finally obtained. The method of the invention only uses a pair of mutually inverse two-dimensional sinusoidal distribution in operation can be a series of distinct scale decomposition map, through the intelligent method of flexible and effective automatic classification of the decomposition results, and through simple postprocessing operation that can further enhance the fringe component extraction method, a whole can maintain higher efficiency and precision, and high degree of automation, with great potential.

【技术实现步骤摘要】
一种用于动态三维测量的条纹增强方法
本专利技术涉及三维信息重构中的图像处理方法，具体涉及一种条纹图像增强方法。
技术介绍
条纹投影测量技术已经成为物体三维面形测量的一种成熟有效的技术手段，可用于三维模型重建、物体表面轮廓测量等，并可为当下越来越火的3D打印技术提供输入数据，在诸多领域都有广阔的应用前景。基于相移条纹投影的光学三维测量技术，可实现对物体表面形状的高精度测量，但该技术需要投影多幅条纹图，由于硬件及设备的限制，相移技术无法实现动态三维测量，而单幅条纹投影技术，则使得这一难题得以解决。单幅条纹投影技术通过向物体表面投射单幅正弦条纹图像，物体的高度信息则以相位的形式隐含在条纹中，利用电荷耦合器件(Charge-coupledDevice，CCD)获得物体表面的条纹图像，并使用信号处理算法对条纹图像进行解调，提取其中的相位，从而建立物体的三维信息。从该过程可见，条纹图像的质量直接决定了所提取的三维数据的精度。为了增强条纹图像的质量，需要将测量过程中产生的噪声以及环境光源带来的背景分量精确去除。常用的基于频谱分析的傅里叶变换法、小波变换法、S变换法、窗口傅里叶变换法等，通过对条纹图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于动态三维测量的条纹增强方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用二维正弦分布辅助的经验模态分解法对条纹图像Ii(y,x)进行迭代式逐层分解，得到若干幅不同尺度的分解图BIMFi(y,x)；2)计算各层尺度分解图BIMFi(y,x)的能量并对能量变化进行分析，以确定噪声分量；3)对各层尺度分解图BIMFi(y,x)进行幅频分析，以分隔条纹分量和背景分量，条纹分量一旦确定，BSEMD就停止分解；4)对所确定的条纹分量进行后续处理，通过形态学操作去除残留的噪声，最终得到增强的条纹图像。

【技术特征摘要】
1.一种用于动态三维测量的条纹增强方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用二维正弦分布辅助的经验模态分解法对条纹图像Ii(y,x)进行迭代式逐层分解，得到若干幅不同尺度的分解图BIMFi(y,x)；2)计算各层尺度分解图BIMFi(y,x)的能量并对能量变化进行分析，以确定噪声分量；3)对各层尺度分解图BIMFi(y,x)进行幅频分析，以分隔条纹分量和背景分量，条纹分量一旦确定，BSEMD就停止分解；4)对所确定的条纹分量进行后续处理，通过形态学操作去除残留的噪声，最终得到增强的条纹图像。2.根据权利要求1所述的用于动态三维测量的条纹增强方法，其特征在于，所述步骤1)中BSEMD进行单层分解包括以下步骤：1.1)将灰度正弦条纹图投影到被测物体表面，由CCD拍摄回一幅宽度为c、高度为l的变形条纹图像Im(y,x)：Im(y,x)＝A(y,x)+B(y,x)cos[2πf0x+φ(y,x)]+ξ(y,x)其中，A(y,x)是背景分量，B(y,x)是调制幅度，f0是调制频率，φ(y,x)是反映物体高度情况的相位分布，ξ(y,x)为随机噪声，(y,x)表示条纹图像中各像素点的二维坐标，取值范围分别为：1≤y≤l,1≤x≤c，cos[2πf0x+φ(y,x)]为要增强的条纹分量；初始化：Ii(y,x)＝Im(y,x)，每个分解图BIMFi(y,x)的序数i＝1；BIMFi(y,x)的统计平均周期AvDistPre＝1，各BIMFi(y,x)统计平均周期的集合Exe为空集；BIMFi(y,x)的能量E＝0，各BIMFi(y,x)能量集Ep为空集；BIMFi(y,x)的全局频率fR＝0，各BIMFi(y,x)全局频率集fRw为空集；属于噪声组的最后一个BIMF即其序数k1＝0；fRk为空集，以存放之后各BIMFi(y,x)的全局频率；aRk为空集，以存放之后各BIMFi(y,x)的全局幅值；rfk为空集，以存放之后相邻两个BIMF的全局频率比；增强后的条纹信号为sig＝0；另设k2为属于条纹组的最后一个BIMF即的序数；1.2)对Ii(y,x)使用快速经验模态分解法进行单层尺度的分解，其中EFEMD单层分解函数的输入为Ii(y,x)以及统计平均周期AvDistPre，输出为BIMFout(y,x)和新的统计平均周期AvDistPre0，设置作为Ii(y,x)的初始分解图；1.3)根据的幅值和频率，设计二维正弦分布图s(y,x)为：s(y,x)＝acos(2πfy)·cos(2πfx)其中，幅值a为：max(·)为求最大值操作；频率f由下式求得：1.4)将二维正弦分布图s(y,x)与初始分解图分别进行相加和相减，得到相加结果和相减结果对进行EFEMD单层分解，输入参数为AvDistPre，得到第一中间分解图同时得到输出的新参数AvDistPres1；同样地，对进行EFEMD单层分解，输入参数为AvDistPre，得到第二中间分解图并得到新输出的AvDistPres2；1.5)对所得到的第一中间分解图和第二中间分解图求平均值：BIMFi(y,x)即为Ii(y,x)的最终分解图；对两个新输出参数AvDistPres1和AvDistPres2求平均值，令：其中round(·)为取整数操作；进一步，扩展Exe为Exe＝[ExeAvDistPrei]，然后对AvDistPrei进行如下修正，得到最终输出的统计平均周期：(若AvDistPrei＜2Exe(end))其中Exe(end)指Exe集中最后一个值；将BIMFi(y,x)从Ii(y,x)中减去，令：Ii+1(y,x)＝Ii(y,x)-BIMFi(y,x)Ii+1(y,x)作为下一次分解的输入图像。3.根据权利要求2所述的用于动态三维测量的条纹增强方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：2.1)计算BIMFi(y,x)的二维自相关函数：其中(τ1,τ2)为求自相关函数时(y,x)对应方向的时延，且0≤τ1≤2y-1，0≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辰星，达飞鹏，钱克矛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32