针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘相位解包裹方法技术

本发明专利技术公开了一种针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘解包裹方法，所述方法包括：采集四幅包含不连通区域的被测样品原始干涉图；通过四步移相法提取原始包裹相位图；添加数字载频以获得参考相位图；采用样本块匹配方法对原始包裹相位图中的不连通区域进行修复，并与参考相位比较，反复迭代获得最终包裹相位图；采用基于残差点校正的最小二乘解包裹算法获得解包裹相位图；获得修正系数并得到最终重建相位图。本发明专利技术结合了样本块匹配和残差点校正的优势，对不连通、大陡度、高噪声的包裹相位解缠效果好，解包裹相位精度高，对靶丸检测、光学元件面型检测等领域有重要意义。光学元件面型检测等领域有重要意义。光学元件面型检测等领域有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘相位解包裹方法


[0001]本专利技术属于光学移相干涉技术中的相位解包裹
，具体地，涉及一种针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘相位解包裹方法。

技术介绍

[0002]相位由于包含物体多种关键信息，在光学测量领域内一直是关注重点，高速、高效、高精度地测量求解物体的相位一直是相关研究人员的重点研究方向。实际测量求解中，由于反正切函数的性质，被测量的物体相位经常被包裹在(
‑
π,π]之间，为获得高精度的物体真实相位，多种相位解包裹算法应运而生。最小二乘解包裹算法是一种常用的解包裹算法，通过离散余弦变换、快速傅里叶变换或其他方法直接求解具有诺伊曼边界条件的矩形网格上的泊松方程，避免残差点造成的解包裹误差传递。然而，求解带有噪声的泊松方程的过程具有平滑作用，会引起相位动态范围的下降。加权的最小二乘方法可以控制由平滑效应引起的误差传播，但算法的性能取决于加权系数的选择。通过对差分图进行校正可以消除噪声引起的相位跳变，提高最小二乘算法在强噪声下的性能。然而，现有的校正模型在校正过程中不能对残差点进行识别和区分，影响了算法的可靠性。
[0003]同时在实际测量中，由于支撑结构的阻挡，表面连续的光学元件经常被划分成许多分割区域，相应的分割包裹相位不能表示原相位的连续性。如果用先前方法展开，那么在不同相位区域之间就会出现高度误差。此外，在进行多次平均测量时，这些相位区域之间的高度误差更为严重。综合以上所述，现有基于最小二乘的解包裹算法对不连通或大陡度包裹相位处理效果较差，解包裹算法精度不高，亟需一新型种解包裹方法予以改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决现有基于最小二乘解包裹方法对不连通或大陡度包裹相位效果较差的问题，提出了一种针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘解包裹方法，对不连通、高陡度、大噪声的包裹相位的解包裹能力强，得到的解包裹相位精度高，提高了现有基于最小二乘解包裹方法的适用范围，对靶丸检测、光学元件面型检测等领域有重要意义。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案为：一种针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘解包裹方法，该方法包括：
[0006]步骤1:搭建斐索型反射式干涉测量系统，结合偏振移相技术实现四幅等相位差的被测样品原始干涉图，采用四步移相法计算原始包裹相位图；
[0007]步骤2:对原始包裹相位图加入数字载频并重新生成干涉图，采用基于残差点校正的最小二乘解包裹方法进行相位解缠，通过去除数字载频，获得参考相位图；
[0008]步骤3:使用样本块匹配算法对原始包裹相位的不连通区域进行图像修复，获得修复相位；
[0009]步骤4:将修复相位与参考相位图进行比较，得到修复相位的误差点，将修复相位误差点所在的区域设置为下一次样本块匹配算法的修复区域；
[0010]步骤5:重复迭代步骤3和4，直到第n次迭代中修复相位与参考相位的差的绝对值小于设定值或误差点不再改变为止，获得包含不连通区域信息的最终包裹相位；
[0011]步骤6:采用基于残差点校正的最小二乘解包裹方法对最终包裹相位进行相位解缠，获得修正系数，根据修正系数获得包含不连通区域的重建相位。
[0012]优选地，采用基于残差点校正的最小二乘解包裹方法进行相位解缠的方法具体为：
[0013]步骤2
‑
1:设定迭代最小误差ε，迭代次数上限N
it
，初始解包裹相位初始解包裹相位的残余误差为δ0，W{}为包裹算子，W{δ0}＝，Φ为原始包裹相位图；
[0014]步骤2
‑
2:计算包裹相位导数以及残差点R
i,j
,
[0015][0016][0017][0018]根据残差点R
i,j
的值对包裹相位导数修正；
[0019][0020][0021]将修正后的包裹相位导数带入并求解无噪声的泊松方程，获得解包裹相位
[0022]步骤2
‑
3:将解包裹相位与真实相位之间的残余误差δ
n
重新包裹，使用步骤2
‑
2中的解包裹方法求出解包裹残余误差δ
pun
：
[0023]将解包裹后的残余误差δ
pun
叠加在解包裹相位上，获得更接近真实相位φ的解包裹相位
[0024][0025]步骤2
‑
4:根据更新后的解包裹相位求解残余误差δ
pu(n+1)
，计算残余误差δ
pu(n+1)
的重解包裹结果：
[0026][0027]步骤2
‑
5:重复步骤2
‑
3和2
‑
4，满足条件|W{δ
pu(n+1)
}
‑
δ
pun
|<ε,或迭代次数n>N
it
时，停止迭代，得到最终的解包裹相位
[0028]优选地，使用样本块匹配算法对原始包裹相位的不连通区域进行图像修复，获得修复相位的具体方法为：
[0029]步骤3
‑
1：找到输入图像的待修复区域，计算待修复区域边界上所有的像素点的优
先权值；
[0030]步骤3
‑
2：比较各像素点的优先权以找到优先权最高的像素点P，以像素P为中心创建一个待修复的样本块Ψ
p
，在未破损区域Φ中搜索找到最佳匹配块Ψ
q
；
[0031]步骤3
‑
3：将搜索到的最佳匹配块Ψ
q
中的像素点的灰度值替换待修复区域图像样本块中对应像素点的灰度值，完成图像修复，获得修复相位，对完成一次修复过程的图像更新待修复区域边界以及相关的数据项、置信度项参数。
[0032]优选地，边界上任意一个像素点p的优先权值P(p)的计算如下式：
[0033]P(p)＝C(p)*D(p)
[0034]式中，C(p)代表置信度项，具体表示为：
[0035][0036]D(p)代表优先权计算中的数据项，具体表示为：
[0037][0038]|Ψ
p
|代表破损样本块中像素点的数量，α为归一化因子，n
p
代表像素点与边界曲线正交的单位向量，代表像素点的等照度线方向，Ψ
p
为以p为中心的待修复样本块，Ψ
p
∩Φ为以p为中心的待修复样本块与未破损样本块的交集。
[0039]优选地，以像素P为中心创建一个待修复的样本块Ψ
p
，通过在未破损区域中搜索找到最佳匹配块Ψ
q
的具体方法为：
[0040]利用的样本匹配窗口在未破损区域中搜索，搜索过程中，定义颜色距离最相近的块即为最佳匹配块，颜色距离定义为：
[0041]d(Ψ
p
,Ψ
q<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘解包裹方法，其特征在于，该方法包括：步骤1:搭建斐索型反射式干涉测量系统，结合偏振移相技术实现四幅等相位差的被测样品原始干涉图，采用四步移相法计算原始包裹相位图；步骤2:对原始包裹相位图加入数字载频并重新生成干涉图，采用基于残差点校正的最小二乘解包裹方法进行相位解缠，通过去除数字载频，获得参考相位图；步骤3:使用样本块匹配算法对原始包裹相位的不连通区域进行图像修复，获得修复相位；步骤4:将修复相位与参考相位图进行比较，得到修复相位的误差点，将修复相位误差点所在的区域设置为下一次样本块匹配算法的修复区域；步骤5:重复迭代步骤3和4，直到第n次迭代中修复相位与参考相位的差的绝对值小于设定值或误差点不再改变为止，获得包含不连通区域信息的最终包裹相位；步骤6:采用基于残差点校正的最小二乘解包裹方法对最终包裹相位进行相位解缠，获得修正系数，根据修正系数获得包含不连通区域的重建相位。2.根据权利要求1所述的针对不连通区域基于残差点校正的最小二乘相位解包裹方法，其特征在于，采用基于残差点校正的最小二乘解包裹方法进行相位解缠的方法具体为：步骤2
‑
1:设定迭代最小误差ε，迭代次数上限N
it
，初始解包裹相位初始解包裹相位的残余误差为δ0，W{}为包裹算子，W{δ0}＝，Φ为原始包裹相位图；步骤2
‑
2:计算包裹相位导数以及残差点R
i,j
,,,根据残差点R
i,j
的值对包裹相位导数修正；修正；将修正后的包裹相位导数带入并求解无噪声的泊松方程，获得解包裹相位步骤2
‑
3:将解包裹相位与真实相位之间的残余误差δ
n
重新包裹，使用步骤2
‑
2中的解包裹方法求出解包裹残余误差δ
pun
：将解包裹后的残余误差δ
pun
叠加在解包裹相位上，获得更接近真实相位φ的解包裹相位
步骤2
‑
4:根据更新后的解包裹相位求解残余误差δ
pu(n+1)
，计算残余误差δ
pu(n+1)
的重解包裹结果：步骤2
‑
5:重复步骤2
‑
3和2
‑
4，满足条件|W{δ
pu(n+1)
}
‑
δ
pun
|&lt;ε,或迭代次数n&gt;N
it
时，停止迭代，得到最终的解包裹相位3.根据权利要求1所述的针对不连通区域基于残差点校正的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骏，沈中昊，魏聪，王念枫，郭瑞，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：