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专利号: 2022100324363
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:步骤一:采集待测物的全息干涉图,然后将全息干涉图转换为频谱图P0,通过频谱图P0的相位信息,确定物像频谱中心坐标(x1,y1);

步骤二:对频谱图P0作迭代阈值分割处理获得频谱二值分割图P1;

步骤三:根据物像频谱中心坐标(x1,y1),在频谱二值分割图P1的前景区域中搜索并单独提取出物像频谱区域二值分割掩模,生成物像频谱二值分割图P2;

步骤四:通过频谱二值分割图P1减去物像频谱二值分割图P2获得杂散频谱区域二值分割图P3,在频谱图P0上根据杂散频谱区域二值分割图P3处理获得消除杂散频谱后的频谱图P4;

步骤五:在消除杂散频谱后的频谱图P4上,通过自适应的巴特沃兹滤波器完成物像频谱的自动滤波,最后通过相位解包裹和畸变补偿操作重建出待测物的三维形貌图。

2.根据权利要求1所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述步骤一,具体为:

1.1)采用CCD光敏电子成像器件记录物光波和参考光波相互干涉产生的全息干涉图:

2 2 * *

I=|O|+|R|+OR+OR

其中,I表示全息干涉信号,O为激光穿过待测物后衍射形成的物光信号,R为激光不穿过待测物的参考光信号;

1.2)通过二维傅里叶变换将全息干涉图转换为频谱图P0:

2 2 * *

P0=FFT{I}=FFT{|O|}+FFT{|R|}+FFT{OR}+FFT{OR}其中,FFT{}表示二维傅里叶变换;O和R分别为待测物的物光信号和参考光信号,O*和

2 2

R*分别为物光信号的共轭和参考光信号的共轭;FFT{|O|}+FFT{|R|}共同构成了频谱图P0* *中的零级项频谱,FFT{O(x,y)R (x,y)}和FFT{O (x,y)R(x,y)}分别为物像频谱和共轭项频谱;

1.3)频谱图P0为复振幅信号,同时包含强度信息和相位信息,提取出频谱图P0的包裹相位信号:φFFT=arctan{Im(P0)/Re(P0)}

其中,φFFT表示频谱图P0的包裹相位信号,Re()表示提取频谱图P0的实部信息,Im()表示提取频谱图P0的虚部信息;

1.4)将包裹相位信号通过进一步的相位解包裹操作获得展开相位,通过搜索展开相位最大值的位置,作为物像频谱中心坐标(x1,y1)。

3.根据权利要求1所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述步骤二,具体为:

2.1)预先设置频谱图P0的全局阈值T0和待删除临界面积S;

2.2)在对频谱图P0进行均值滤波后,根据全局阈值T0和待删除临界面积S进行迭代阈值分割操作,获得频谱分割图;

2.3)通过计算机自动识别出当前频谱分割图中的前景区域个数,并进行判断:如果第一次阈值分割操作获得的频谱分割图中前景区域个数小于3,则将全局阈值T0增加0.01后回到步骤2.2)进行处理,不断迭代,直到前景区域个数不小于3,以最后一次迭代的全局阈值T0记录为分割阈值T;

如果第一次阈值分割操作获得的频谱分割图中前景区域个数大于3,直接将此时的全局阈值T0记录为分割阈值T;

如果第一次阈值分割操作获得的频谱分割图中前景区域个数等于3,则将全局阈值T0减少0.01后回到步骤2.2)进行处理,不断迭代,直到前景区域个数不等于3,以倒数第二次迭代的全局阈值T0记录为分割阈值T;

使用分割阈值T对频谱图P0作阈值分割处理得到频谱二值分割图P1。

4.根据权利要求3所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述2.2)中,阈值分割操作,具体为:对频谱图P0做迭代阈值分割,将小于全局阈值T0的像素点的强度值更设为0,其余像素点的强度值改为1,其中,1表示为前景区域,0表示为背景区域;然后删除所有面积小于待删除临界面积S的前景区域。

5.根据权利要求1所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述步骤三,具体为:将频谱二值分割图P1的所有前景区域按面积大小排序,只留下面积最大的三个前景区域,分别为零级项区域、共轭项区域和物像频谱区域;获取这三个前景区域各自的质心坐标(xi,yi),分别计算每个前景区域的质心坐标(xi,yi)与物像频谱中心坐标(x1,y1)之间的距离Li,取距离Li最小的前景区域作为物像频谱区域,建立针对物像频谱区域的物像频谱区域二值分割掩模P2。

6.根据权利要求5所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:其中所述的距离Li是按照以下公式计算获得:其中,Li表示前景区域的质心坐标(xi,yi)到物像频谱区域中心坐标的距离,(xi,yi)为前景区域的质心坐标,(x1,y1)为物像频谱中心坐标。

7.根据权利要求1所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述步骤四,具体为:频谱二值分割图P1减去物像频谱二值分割图P2获得杂散频谱区域二值分割图P3;在频谱图P0上,将杂散频谱区域二值分割图P3的前景区域范围的像素点的强度值更设为0,获得消除杂散频谱后的频谱图P4。

8.根据权利要求7所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述的消除杂散频谱后的频谱图P4按照以下公式获得:其中,P4(x,y)表示消除杂散频谱后的频谱图的每个像素点,P0(x,y)表示频谱图的对应像素点,P3(x,y)表示杂散频谱区域二值分割图的对应像素点。

9.根据权利要求1所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述步骤五,具体为:在消除杂散频谱后的频谱图P4上,以物像频谱中心坐标(x1,y1)为圆心,以圆心(x1,y1)到零级项中心坐标(x0,y0)距离的三分之一为半径r,建立圆而生成巴特沃兹滤波器,利用巴特沃兹滤波器对频谱图P4进行物像频谱空间滤波获得物像频谱信号;最后由物像频谱信息通过相位解包裹和畸变补偿操作重建出物体的三维形貌图。

10.根据权利要求9所述的一种消除杂散频谱的数字全息物像频谱自适应提取方法,其特征在于:所述的巴特沃兹滤波器构建为以下公式:其中,H表示自适应巴特沃兹滤波器,(x,y)代表频谱上的每个像素点,(x1,y1)代表物像频谱中心坐标,r是截止频率,大小为(x1,y1)到零级项中心坐标(x0,y0)距离的三分之一;n是巴特沃兹滤波器的阶数;

按照以下公式用巴特沃兹滤波器对频谱图P4进行物像频谱空间滤波获得物像频谱信号:P+1=H×P4

其中,P+1表示滤波提取的物像频谱信号,P4表示消除杂散频谱后的频谱图。