专利名称：用于二维相位展开的加权梯度质量图获取方法
技术领域：
本发明涉及图像处理领域，用于图像处理中，对包裹在[-π，JI)主值区间内的包 裹相位图进行相位展开的二维相位展开算法，可应用于路径跟踪法和最小范数法等相位展 开方法，为用于二维相位展开的加权梯度质量图获取方法。
背景技术：
相位展开问题存在于众多涉及相干波处理的研究与应用领域，如光学干涉表面形 貌测量、干涉合成孔径雷达、医学磁共振成像和自适应光学等领域。这些领域中，研究对象 的表面形貌信息与二维平面上分布的连续相位有确定的比例关系，故可用二维平面上分布 的连续相位来描述对象的表面形貌。但在获取二维平面上的相位时，每一点的相位是由反 正切函数计算获得的，被包裹在[-η，^O主值区间内，使得二维相位图中的相位分布呈现 不连续的阶跃分布。因此，需要把不连续的包裹相位展开为连续的实际相位，以反映真实的 被测物体表面形貌。这种在二维平面上由包裹相位重建或恢复出连续分布的实际相位的过 程，称为相位展开。在理想的相位展开过程中，当遇到相位不连续时，可以通过加或者减2 π去除相 位跳变的影响，但由于实际轮廓不连续、噪声干扰及条纹欠采样等因素，对各种测量手段获 得的包裹相位图进行相位展开一般较为困难。为了解决相位展开的难题，二十余年来人们 提出了多种相位展开方法。大体可分为两类路径跟踪法和最小范数法。路径跟踪相位展 开方法通过沿一定的积分路径对包裹相位图积分，来重建真实的相位轮廓。最小范数方法 则通过全局或局部优化方法求解出其相位梯度与包裹相位梯度最为逼近的展开相位面。为 了提高相位展开结果的可靠性，克服实际相位不连续、噪声、欠采样等因素的影响，很多相 位展开方法需要以质量图为指导。质量图是描述包裹相位图每个像素数据质量高低的二维 数据阵列，它与对应的包裹相位图在像素空间位置上一一对应。在实际相位不连续、噪声、 欠采样等相位梯度变化较大的区域，易导致相位展开错误，因此这些相位展开不可靠的区 域应被标记为低质量区域。而包裹相位图中相位变化较小的可靠区域则应被标记为高质量 区域。在很多相位展开算法中，质量图起着至关重要的作用，质量图能否准确的反应 包裹相位图的相位变化特性，决定了展开结果是否正确。因此，一个能准确反映包裹相 位变化特性的质量图，对于相位展开有重要意义。在相位展开过程中，常见的质量图有 相关质量图、调制度质量图、伪相关质量图、最大相位梯度质量图、相位导数方差质量图 和相位梯度相关质量图等。(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;赵万成，路元刚，张婷.用于二维相位展开的相位梯度相关质量图.光 学学报，2009, (s2) :149 154)。
相关质量图和调制度质量图无法由包裹相位图直接获得，具有较大的应用局限 性。其余的几种质量图由于能直接从包裹相位图直接得到，因而更为常用。伪相关质量图 利用相位数据之间的伪相关性标识包裹相位图质量，但很多时候不能准确评估包裹相位图 质量而导致展开效果较差。最大相位梯度质量图、相位导数方差质量图和相位梯度相关质 量图是最为常用且较为可靠的质量图，它们基于包裹相位图的相位梯度。在获取这类质量 图时，首先对包裹相位图进行处理获取相位梯度图，再在相位梯度图的基础上按照不同的 处理方式获取对应的质量图。相位梯度图是否准确地反应包裹相位图的梯度特性，将在很 大程度上决定了质量图的可靠性。目前通常采用的原始梯度处理方式，其相位梯度为当前 像素相位值与水平或垂直方向上相邻像素相位之差，不能体现当前像素更大邻域范围内的 梯度信息，当存在相位不连续、噪声、欠采样等情况时，难以准确地反应包裹相位图的相位 梯度特性，所生成的质量图不可靠，会导致相位展开错误。
发明内容
本发明目的在于克服上述已有的基于相位梯度的质量图的不足，克服相位不连 续、噪声、欠采样等情况对获取梯度信息的不良影响，提供能准确反应包裹相位图相位梯度 特性的质量图构造新方法，该方法能够提高质量图的可靠性，进而提高二维相位展开的正 确率和精度。本发明的技术解决方案为用于二维相位展开的加权梯度质量图获取方法，包括 以下步骤1)、利用待处理的包裹相位图Φ，其中任一点(i，j)处的包裹相位值为ΦΜ，从包 裹相位图中取点(i，j)，分别求出其X方向的加权梯度和y方向的加权梯度，分别记为和 义，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均为整数， M、N为包裹相位图水平方向和垂直方向上的图像大小，所述加权梯度由点(i，j)邻域内包 裹相位值与权重模板获得
权利要求
1.用于二维相位展开的加权梯度质量图获取方法，其特征包括以下步骤 1)、利用待处理的包裹相位图Φ，其中任一点(i，j)处的包裹相位值为ΦΜ，从包裹相 位图中取点(i，j)，分别求出其X方向的加权梯度和y方向的加权梯度，分别记为和， 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均为整数，Μ、Ν 为包裹相位图水平方向和垂直方向上的图像大小，所述加权梯度由点(i，j)邻域内包裹相 位值与权重模板获得
2.根据权利要求1所述的用于二维相位展开的加权梯度质量图获取方法，其特征是步 骤1)中，权重模板mXn为奇数边长的方形区域。
全文摘要
用于二维相位展开的加权梯度质量图获取方法以包裹相位图中当前处理点为中心，选择适当大小的模板，确定x和y方向模板内梯度权重，根据权重模板与当前处理点邻域内像素对应点计算值确定处理点x方向和y方向的加权梯度值；遍历包裹相位图得到x和y方向加权梯度图；最后选择合适的质量函数根据每一处理点处及其邻域内像素点的x和y方向加权梯度质量值构造加权梯度质量图。本发明构造的质量图可以由包裹相位图直接导出，可以用于构造或者改善所有基于梯度的质量图，克服了基于原始梯度的质量图的缺陷，可以有效避免实际相位不连续、噪声、阴影、欠采样等因素影响，在相位展开时有很好的应用效果。
文档编号G06T5/00GK102096910SQ20111002726
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者赵万成, 路元刚 申请人:南京大学