一种针对投射条纹图像的残差滤波方法技术

本发明专利技术涉及计算机视觉技术领域，特指一种针对投射条纹图像的残差滤波方法，可利用主动式条纹结构光测量例如是物体的三维形状信息，采用无监督聚类的方法结合单联聚类算法进行残差滤波，进一步提高三维测量系统的速度、精度和可靠性，可以借助此方法基于自动光学检测技术加以多方面应用，对物体表面例如电路印刷板进行缺陷检测，实现对板上元件的多种二维检测功能，并且可通过平行式或非平行式光路结构对贴片式电路板上锡膏及其它微小元件的高度、体积进行三维检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，可应用于采用投射条纹对物体形状进行测量的各种场合，属于计算机视觉

技术介绍
现有技术中，许多成像系统应用干涉条纹技术对物体进行三维测量，例如，相位测 量轮廓术、干涉合成孔径雷达、核磁共振成像等。相位测量轮廓术是本专利技术的应用背景，如 图1所示为现有测量系统组成的示意图。系统包括(l)LCD投影仪l，用于向物体表面投射 条纹结构光；(2)CCD传感器2，用于采集投射了条纹结构光的待测量物体；(3)计算机3，利 用采集到的变形条纹图像解算物体的三维形状。被测物体的形状与条纹中隐含的连续相位 值有关，连续相位值用①表示。测量系统不能够直接测得①值，实际测量或计算得到的相 位是包裹相位值，用W表示，其相位周期为2Ji，取值范围为[i，。因此，为了得到反 映被测物体形状的连续相位图，系统需要应用二维相位解包裹方法。大多数相位解包裹方 法应用的约束条件是在解得的连续相位图中，任意两个相邻点之间的相位差的绝对值都 小于n 。对于理想的条纹图像，在包裹相位图中，相邻点之间的相位差绝对值大于n的点， 称为相位跳变点。通过在此图上对相位跳变点进行加上或减去2Ji整数倍的运算来获得连 续相位图。如图2(a)为理想的条纹图像，图2(b)为相应的包裹相位图，图2(c)为图中某 一列的相位解包裹过程。图2(c)中B、A和C表示包裹相位图中某列相邻的三个点，图中左 侧是间断的相位值，而图中右侧的直线是解包裹后的连续相位图。在连续相位图中，任意两 个相邻点之间的相位差的绝对值都小于n 。但是，当以下三种情形之一出现时，上述约束条 件可能被破坏，即，(1)被测量物体表面有高度突变，(2)采样模块不满足采样定理，(3)条 纹图像中含有噪声。而其中尤以第(3)种情形最为常见和最难处理，本申请即专门针对第 (3)种情形进行处理。在图3所示的包裹相位图中含有大量被噪声污染的相位值。图中相 位值用灰度值表示，黑色表示-n，白色表示n，灰色表示(-Ji， 中的数值。在包裹相位 图中，被噪声污染的相位值可能导致两个相邻像素点出现错误的相位跳变判断，并最终在 相位解包裹过程中导致相位误差传递。实质上，导致误差传递根源是在包裹相位图中存在 残差。所以，相位解包裹方法的目的是将残差导致的错误相位跳变的数量最小化。解决上 述问题的方法有两种(l)基于解包裹算法的方法，(2)基于残差滤波的方法。本专利技术属于 基于残差滤波的方法。这种方法的思想是直接对残差进行滤波处理，然后应用路径独立相 位解包裹方法重构出被测量物体的形状。现有的方法包括C即a皿i提出的基于包裹相位 直方图分析的自适应中值滤波方法；Lee提出的一种自适应扩展的均值滤波方法，根据干 涉条纹的方向选取滤波器窗口的尺寸；Nico根据残差的几何形状设计的相应的滤波方法。 但是，这几种处理方法各有其局限性自适应中值滤波方法在剔除残差的同时，也 对没有被噪声污染的相位值进行了平滑，并且对于噪声级别较高的包裹图像，利用直方图 很难对残差正确定位；均值滤波方法虽然可以根据条纹的方向自适应地设定滤波窗口的尺 寸，但是此方法不能完整地保留条纹边界；Nico充分考虑了残差的几何结构，并且设计了4完备的滤波器，但是滤波的判断条件过多，导致方法繁琐而费时。 针对上述方法的缺点，本专利技术旨在通过对引起相位误差传递的残差进行有效的滤 波，将费时的路径相依型相位解包裹方法转化为效率更高的路径独立型方法，最终提高系 统的测量速度和测量精度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术公开了。采用 的技术方案如下 —种针对投射条纹图像的残差滤波方法，其特征在于包括以下步骤 1)剔除低调制度的包裹相位值的步骤使用图像采集装置连续地采集多幅相位移动的条纹图像，计算出图像坐标系中每一个像素点对应的调制度，如果当前像素点处的调制度小于预设的阈值，则此点灰度值由其4_邻域中调制度最大值对应的图像灰度值来替代； 2)定位包裹相位图中的残差的步骤； 3)确定引起残差的噪声点的步骤将噪声相位和非噪声相位分为不同的类别； 4)剔除引起残差的噪声点的步骤用非噪声相位所在的规模最大的类的中值替 代噪声点； 5)判断是否存在残差的步骤如果在包裹相位图中仍然存在残差，则返回到步骤 2)。优选地，在步骤2)和步骤3)中，通过无监督聚类的方法来实现。优选地，采用单联聚类 算法作为所述无监督聚类的方法的核心算法。优选地，在步骤2)中，根据下述公式(1)_(3)判断残差的位置， 1 一 _ (1)△()=-一[X (+1) - % —甲2 (/+1, y)+% (/，力] (2)(3)并生成一个与包裹相位图尺寸相同的标记矩阵。其中，A工W(i， j)和A2W(i， j) 分别表示包裹相位图的图像坐标系中列向和行向相邻相位的差值；nji， j)和化(i， j)分别 表示整数值；W (i， j)表示图像坐标系中点(i， j)对应的包裹相位值。 优选地，在步骤1)中，根据下述公式(4)， <formula>formula see original document page 0</formula>(4) 计算出图像坐标系中每一个像素点对应的调制度。其中，i = 1，2，…，N' ， j = 1，2，…，M' ，N'和M'分别表示图像的高度和宽度；N表示所需的相位移动的条纹图像的 数量，M(i， j)表示图像坐标系中点(i， j)处的调制度。 优选地，在步骤3)中，根据直方图分析当前滤波窗口的位置，再利用单联聚类算法对窗口中的包裹相位值进行无监督聚类。 优选地，该方法还包括步骤6) 二维相位解包裹的步骤剔除所有的残差之后，应 用解包裹算法，重构出被测量物体的三维形状。 优选地，在步骤6)中，所述解包裹算法为路径独立型相位解包裹算法。 优选地，采用下述公式(5)，0>(/,力=<D(1，1) + S A!(D ，1) +g/) (5)''=1 /=1 来实现所述路径独立型相位解包裹算法。其中，①(i， j)表示解包裹算法输出的连续相位值，O(l，l)表示起始计算值；A^(i， j) = Wji， j)， A20(i， j) = W2(i， j)。 优选地，在电路印刷板的缺陷检测中运用该方法进行残差滤波处理。 在任意一种涉及对包裹相位图进行残差滤波的应用背景中运用该方法进行残差滤波处理。 本专利技术还公开了一种根据包裹相位图定位残差区域的方法，其特征在于，包括以 下步骤 (1)建立采集图像的包裹相位图； (2)建立由残差构成的残差区域的几何结构，分析残差区域的数据特征； (3)提出和确定引起残差区域的个别被噪声污染的包裹相位值，确定噪 声点。优选地，在所述包裹相位图中，残差正负成对出现。 本专利技术的优点是，消除了现有的克服残差的方法在精度上的局限性、现有解包裹 算法在快速性上的局限性，同时提高了残差滤波的速度和精度。附图说明 图1 :现有测量系统组成的示意图；其中1_LCD投影仪；2_CCD传感器；3_计算机； 图2 : (a)理想的条纹图像展示图；(b)相应的包裹相位图像展示图；(C)在满足采样定理并且没有噪声的条件下，相位解包裹的过程示意图； 图3 :含有噪声相位的包裹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对投射条纹图像的残差滤波方法，其特征在于包括以下步骤：１）剔除低调制度的包裹相位值的步骤：使用图像采集装置连续地采集多幅相位移动的条纹图像，计算出图像坐标系中每一个像素点对应的调制度，如果当前像素点处的调制度小于预设的阈值，则此点灰度值由其４－邻域中调制度最大值对应的图像灰度值来替代；２）定位包裹相位图中的残差的步骤；３）确定引起残差的噪声点的步骤：将噪声相位和非噪声相位分为不同的类别；４）剔除引起残差的噪声点的步骤：用非噪声相位所在的规模最大的类的中值替代噪声点；５）判断是否存在残差的步骤：如果在包裹相位图中仍然存在残差，则返回到步骤２）。

【技术特征摘要】
一种针对投射条纹图像的残差滤波方法，其特征在于包括以下步骤1)剔除低调制度的包裹相位值的步骤使用图像采集装置连续地采集多幅相位移动的条纹图像，计算出图像坐标系中每一个像素点对应的调制度，如果当前像素点处的调制度小于预设的阈值，则此点灰度值由其4-邻域中调制度最大值对应的图像灰度值来替代；2)定位包裹相位图中的残差的步骤；3)确定引起残差的噪声点的步骤将噪声相位和非噪声相位分为不同的类别；4)剔除引起残差的噪声点的步骤用非噪声相位所在的规模最大的类的中值替代噪声点；5)判断是否存在残差的步骤如果在包裹相位图中仍然存在残差，则返回到步骤2)。2. 根据权利要求1所述的残差滤波方法，其特征在于，在步骤2)和步骤3)中，通过无 监督聚类的方法来实现。3. 根据权利要求2所述的残差滤波方法，其特征在于，采用单联聚类算法作为所述无 监督聚类的方法的核心算法。4. 根据权利要求3所述的残差滤波方法，其特征在于，在步骤2)中，根据下述公式 (1)_(3)判断残差的位置，并生成一个与包裹相位图尺寸相同的标记矩阵；(1)<formula>formula see original document page 2</formula>其中，AJ(i，j)和A，(i，j)分别表示包裹相位图的图像坐标系中列向和行向相邻 相位的差值；nji， j)和ri2(i， j)分别表示整数值；W (i， j)表示图像坐标系中点(i， j)对 应的包裹相位值。5.根据权利要求l...

【专利技术属性】
技术研发人员：程俊，姜军，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]