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专利号: 2022100324429
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:

1.一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法,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作基于打散消除杂散频谱噪声的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P2;

步骤四:以物像频谱区域二值分割掩模P2作为滤波窗口对频谱图P0作频谱空间滤波,获得物像频谱滤波图P3,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;

所述步骤二,具体为:

2.1)预先设置频谱图P0的初始的全局阈值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进行基于打散消除杂散频谱噪声的迭代阈值分割操作,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:如果第一次通过基于打散消除杂散频谱噪声的阈值分割操作获得的频谱分割图中前景区域个数不等于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,直到前景区域个数等于3,以最后一次迭代的全局阈值T0记录为分割阈值T;

如果第一次通过基于打散消除杂散频谱噪声的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。

2.根据权利要求1所述的一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法,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:fFFT=arctan{Im(P0)/Re(P0)}其中,fFFT表示频谱图P0的包裹相位信号,Re(P0)表示提取频谱图P0的实部信息,Im(P0)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所述的一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法,其特征在于:所述2.2)中,基于打散消除杂散频谱噪声的迭代阈值分割操作具体如下:

2.2.1)针对频谱图P0中的每个像素点进行判断:

如果像素点的强度值小于全局阈值T0,则将像素点及其周围的8个像素点的强度值均设为2;

如果像素点的强度值大于等于全局阈值T0且小于等于1,则将像素点的强度值设为1;

如果像素点的强度值大于等于2,则将像素点的强度值保持不变;

2.2.2)重新一次遍历频谱图P0中的每个像素点,再进行判断:如果像素点的强度值等于2,则将像素点的强度值改为0;

如果像素点的强度值不等于2,则将像素点的强度值保持不变;

其中,1表示为前景区域,0表示为背景区域;

2.2.3)最后删除所有面积小于待删除临界面积S的前景区域,从而获得频谱二值分割图。

4.根据权利要求1所述的一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法,其特征在于:所述步骤三,具体为:频谱二值分割图P1中存在三个前景区域,分别为零级项、共轭项和物像频谱区域;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。

5.根据权利要求4所述的一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法,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。

6.根据权利要求1所述的一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法,其特征在于:所述步骤四,具体为:在频谱图P0上,将物像频谱区域二值分割掩模P2的背景区域范围内的像素点的强度值全部更设为0,获得物像频谱滤波图P3;最后由物像频谱滤波图P3通过相位解包裹和畸变补偿操作重建获得待测物的三维形貌图。

7.根据权利要求6所述的一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法,其特征在于:所述的物像频谱滤波图P3按照以下公式获得:其中,P3(x,y)表示物像频谱滤波图的每个像素点的强度值,P0(x,y)表示频谱图P0对应像素点的强度值,P2(x,y)表示物像频谱区域二值分割掩模的对应像素点的强度值。