CN110009668A - 多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、*** - Google Patents
多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN110009668A CN110009668A CN201910174170.4A CN201910174170A CN110009668A CN 110009668 A CN110009668 A CN 110009668A CN 201910174170 A CN201910174170 A CN 201910174170A CN 110009668 A CN110009668 A CN 110009668A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase shifting
- target surface
- transformation matrix
- camera target
- registering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 31
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/30—Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、***，涉及图像处理领域，方法包括建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵；通过所述空间位姿变换矩阵计算成像点在各相机靶面的坐标值，本发明通过采用建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵进行多通道相移干涉图的配准，克服现有技术中存在操作过程复杂，计算耗时长的技术问题，实现了一种方法简单，计算速度快的多通道相移干涉图的配准方法。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，尤其是一种多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、***。
背景技术
相移干涉技术可实现相位的快速恢复，利于对测量目标的三维轮廓进行实时监测，已经广泛地应用于细胞检测、数字全息等领域。相移干涉成像***是通过多个通道中干涉图每一对应点的光强分布换算出相位信息，得到每一点的高度信息，实现目标的三维重构。
图像配准是将两幅或多幅图像进行匹配的过程，通过图像配准可以获取到两幅图像之间的坐标关系。在相移干涉成像***中，可通过图像配准可以找出测量物体点在不同通道中的坐标值，因此，不同通道中干涉图的配准，是获得高精度相位恢复的关键。
现有的相移干涉成像***中，以两个通道相位差的最小均方根误差(RMSE)作为评判依据，实现两个通道干涉图的配准。首先通过人眼观察，保证两个通道中干涉图在成像靶面的位置基本一致。接着采用时域相移干涉法在每个通道采集不同时刻的多幅干涉图，利用多步相移法恢复每个通道的相位。以一个通道为基准，上下、左右按整像素移动另一个通道的干涉图，直至两个通道的相位差RMSE值最小。最后，根据该移动参数，调节两步相移干涉中两个通道干涉图的几何位置，保证对应点的像素坐标一致，实现高精度的相位恢复，这样的调节方式需要生成多幅不同相移量的干涉图，需要反复调节，操作过程复杂，计算耗时长。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种方法简单，计算速度快的一种多通道相移干涉图的配准方法。
为此，本发明的第二个目的是提供一种方法简单，计算速度快的一种多通道相移干涉图的配准装置。
本发明的第三个目的是提供一种方法简单，计算速度快的一种多通道相移干涉成像方法。
本发明的第四个目的是提供一种方法简单，计算速度快的一种多通道相移干涉成像***。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种多通道相移干涉图的配准方法，包括如下步骤：
建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵；
通过所述空间位姿变换矩阵计算成像点在各相机靶面的坐标值。
进一步地，所述建立各相机靶面的空间位姿变换矩阵包括如下步骤：
将参考物体置于所述相移干涉仪的成像物面中，记录所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标，
根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值。
进一步地，所述参考物体的预设点包括所述参考物体的角点。
进一步地，所述参考物体包括棋盘格。
进一步地，所述根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值包括最小二乘法。
第二方面，本发明提供一种多通道相移干涉图的配准装置，包括：
空间位置矩阵计算模块，用于计算各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵；
配准模块，用于通过所述空间位姿变换矩阵计算成像点在各相机靶面中的坐标值。
进一步地，所述空间位置矩阵计算模块具体用于：
将参考物体置于所述相移干涉仪的成像物面中，记录所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标，
根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值。
第三方面，本发明提供一种多通道相移干涉成像方法，包括上述多通道相移干涉图的配准方法。
第四方面，本发明提供一种多通道相移干涉成像***，包括上述多通道相移干涉图的配准装置。
本发明的有益效果是：
本发明通过采用建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵进行多通道相移干涉图的配准，克服现有技术中存在操作过程复杂，计算耗时长的技术问题，实现了一种方法简单，计算速度快的多通道相移干涉图的配准方法。
附图说明
图1是本发明中一种多通道相移干涉成像***中一具体实施例的组成结构示意图；
图2是本发明中一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例的流程图；
图3是本发明中一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例中在相机靶面建立直角坐标系的示意图；
图4a～4c是本发明中一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例中图像绕坐标轴转动的示意图；
图5是本发明中一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例中建立相机靶面之间的空间位姿变换矩阵的流程图；
图6a是本发明中一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例中参考物体为棋盘格在第一相机靶平面的成像示意图；
图6b是本发明中一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例中参考物体为棋盘格在第二相机靶平面的成像示意图；
图7是本发明中一种多通道相移干涉图的配准装置的一具体实施例的结构图；
图8是本发明中一种多通道相移干涉成像方法的一具体实施例的流程图；
图9a为未使用本发明中一种多通道相移干涉成像方法的相位恢复图的一具体实施例；
图9b为未使用本发明中一种多通道相移干涉成像方法的相位恢复图的一具体实施例；
图10为使用和未使用被发明中多通道相移干涉成像方法相位恢复图的相位差RMSE对比图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，图1为本发明中一种多通道相移干涉成像***中一具体实施例的组成结构示意图，成像模块输出的偏振光经分光棱镜BS，起偏方向相差45°角的偏振片P1和P2后，在两个相机靶面上(第一相机靶面1和第二相机靶面2)形成两幅相移量相差的干涉图。根据两幅干涉图中对应点的光强信息，并经过背景项滤波后即可恢复该点的相位，相位值为：I1(x,y)和I2(x,y)分别为两幅干涉图对应点滤除背景项后的光强。可见，要想提高待测相位的精度，需要两个通道中的干涉图精确配准。
如图2所示，本发明中公开了一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例，包括如下步骤：
S100，建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵；
S200，通过所述空间位姿变换矩阵计算成像点在各相机靶面的坐标值。
以双通道相依干涉图的配准方法为例，建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵的具体原理为：
如图3所示，图3示出了本实施例中在相机靶面建立直角坐标系的示意图，1为相机靶面，如图4a～4c所示，图4a～4c为本发明中一种多通道相移干涉图的配准方法的一具体实施例中图像绕坐标轴转动的示意图；P为物体在理想第二相机靶平面的投影点，P'为物体在实际第二相机靶平面的投影点，
在理想状态下，成像模块中物体的参考点在第一相机靶平面和理想第二相机靶平面的坐标值相等，均为(x,y)，实际中，第二相机靶平面的成像平面与理想第二相机靶平面的偏移的角度为(α，β，θ)，其中，α是实际第二相机靶面的偏移值与理想相机靶面绕x轴转动的角度，β是绕y轴转动的角度，θ是绕z轴转动的角度。
[x' y' z']T，为物体的参考点在第二相机靶平面的坐标值，[x y z]T为参考点在理想第二相机靶平面的坐标值，本实施例中成像模块中物体为平面图像，将z轴坐标设为固定值1，绕坐标轴x，y，z轴的变换关系分别为：
相机靶平面在z方向的位置不同将引起干涉图放大倍率的改变，可表示为：
sx，sy分别为x轴和y轴方向的缩放比例。由(1)～(4)式，并考虑面内的平移，整理得：
即有
A为第二相机靶平面上的图像变换到理想第二相机靶平面的上图像的变换矩阵，因为第一相机靶平面上的坐标和理想第二相机靶平面上的数值相等，所以A即为第二相机靶平面到第一相机靶平面上的空间位姿变换矩阵。
上述空间位姿变换矩阵A含有六个未知数(A11～A23)，若采用最小二乘法，则需要3个点坐标的值，即可求出变换矩阵A的六个未知参数。
如图5所示，本实施例中建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵包括如下步骤：
S110，将参考物体置于所述相移干涉仪的成像物面中，记录所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标，
S120，根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值。
如图6a和图6b所示，图6a为参考物体为棋盘格时，在第一相机靶平面的成像示意图，图6b为参考物体为棋盘格时，在第二相机靶平面的成像示意图，为方便计算，参考物体的角点作为预设点，参考物体为棋盘格，通过棋盘格可快速定位预设点(如10、14、18点)，并读取其在各相机靶面内的像素坐标，将在各相机靶面的坐标值带入(6)式，计算出空间位姿变换矩阵。
本实施里中以双通道相仪干涉图的配准方法为例，对于三通道或者更多通道的相移干涉图的配准方法原理相同，可以分别计算第三相机靶面～第N相机靶面与第一相机靶面的空间位姿变换矩阵，在此不再一一赘述。
本发明实施例通过计算各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵进行图像的配准，其他通道的图像可通过与所述空间位姿变换矩阵相乘即可实现图像的对准，计算简单，提高了图像配准的速度。
如图7所示，图7为本发明中一种多通道相移干涉图的配准装置的一具体实施例的结构图，包括空间位置矩阵计算模块，用于计算各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵；
配准模块，用于通过所述空间位姿变换矩阵计算成像点在各相机靶面中的坐标值。
具体的，空间位置矩阵计算模块具体用于：
将参考物体置于所述相移干涉仪的成像物面中，记录所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标，
根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值。
如图8所示，本发明中还公开了一种多通道相移干涉成像方法的一种具体实施例，包括步骤：
100，将被测物体放置于相移干涉仪的成像物面中，记录所述被测物体的预设点在各相机靶面的坐标；
200，通过空间位姿变换矩阵计算被测物体表面点在各相机靶面的坐标值；
300，通过解相算法计算被测物体的轮廓。
图9a为未使用多通道相移干涉成像方法的相位恢复图，图9b为使用本发明中一种多通道相移干涉成像方法的相位恢复图的一具体实施例。
图10为使用和未使用被发明中多通道相移干涉成像方法相位恢复图的相位差RMSE对比图，由对比可知，通过使用本发明多通道相仪干涉图的对准方法，使得多通道相移干涉成像的RMSE显著降低，起到了很好的恢复效果。
本发明还公开了一种多通道相移干涉成像***的一种具体实施例，包括多通道相移干涉图的配准装置，通过多通道相仪干涉对准***，使得多通道相移干涉成像***的成像效果更佳准确。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种多通道相移干涉图的配准方法，其特征在于，用于相移干涉仪图像的校准，包括如下步骤：
建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵；
通过所述空间位姿变换矩阵计算成像点在各相机靶面的坐标值。
2.根据权利要求1所述一种多通道相移干涉图的配准方法，其特征在于，所述建立各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵包括如下步骤：
将参考物体置于所述相移干涉仪的成像物面中，记录所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标，
根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值。
3.根据权利要求2所述一种多通道相移干涉图的配准方法，其特征在于，所述参考物体的预设点包括所述参考物体的角点。
4.根据权利要求2所述一种多通道相移干涉图的配准方法，其特征在于，所述参考物体包括棋盘格。
5.根据权利要求2所述一种多通道相移干涉图的配准方法，其特征在于，所述根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值包括最小二乘法。
6.一种多通道相移干涉图的配准装置，其特征在于，包括：
空间位置矩阵计算模块，用于计算各相机靶面之间的空间位姿变换矩阵；
配准模块，用于通过所述空间位姿变换矩阵计算成像点在各相机靶面中的坐标值。
7.根据权利要求6所述一种多通道相移干涉图的配准装置，其特征在于，所述空间位置矩阵计算模块具体用于：
将参考物体置于所述相移干涉仪的成像物面中，记录所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标，
根据所述参考物体的预设点在各相机靶面的坐标值计算所述空间位姿变换矩阵的元素值。
8.一种多通道相移干涉成像方法，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的多通道相移干涉图的配准方法。
9.一种多通道相移干涉成像***，其特征在于，包括如权利要求6至7任一项所述的一种多通道相移干涉图的配准装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910174170.4A CN110009668A (zh) | 2019-03-08 | 2019-03-08 | 多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910174170.4A CN110009668A (zh) | 2019-03-08 | 2019-03-08 | 多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、*** |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110009668A true CN110009668A (zh) | 2019-07-12 |
Family
ID=67166610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910174170.4A Pending CN110009668A (zh) | 2019-03-08 | 2019-03-08 | 多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110009668A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116486120A (zh) * | 2023-03-17 | 2023-07-25 | 广东工业大学 | 一种相移干涉图空间像素匹配方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104730505A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-06-24 | 广西大学 | 一种多通道sar地面目标检测定位方法和装置 |
| US20160117820A1 (en) * | 2014-10-23 | 2016-04-28 | Hanwha Techwin Co., Ltd. | Image registration method |
-
2019
- 2019-03-08 CN CN201910174170.4A patent/CN110009668A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160117820A1 (en) * | 2014-10-23 | 2016-04-28 | Hanwha Techwin Co., Ltd. | Image registration method |
| CN104730505A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-06-24 | 广西大学 | 一种多通道sar地面目标检测定位方法和装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 毕齐林等: "空间变换双靶面成像***图像配准", 《中国测试》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116486120A (zh) * | 2023-03-17 | 2023-07-25 | 广东工业大学 | 一种相移干涉图空间像素匹配方法 |
| CN116486120B (zh) * | 2023-03-17 | 2024-01-19 | 广东工业大学 | 一种相移干涉图空间像素匹配方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Feng et al. | Calibration of fringe projection profilometry: A comparative review | |
| Hu et al. | Microscopic fringe projection profilometry: A review | |
| Huang et al. | Review of phase measuring deflectometry | |
| CN105783775B (zh) | 一种镜面及类镜面物体表面形貌测量装置与方法 | |
| Guo et al. | Least-squares calibration method for fringe projection profilometry | |
| Tsai et al. | Development of a high-precision surface metrology system using structured light projection | |
| CN106461380B (zh) | 一种基于自适应条纹的投影仪镜头畸变校正方法及其*** | |
| Zhang et al. | Performance analysis of a 3D full-field sensor based on fringe projection | |
| CN102654391B (zh) | 基于光束平差原理的条纹投影三维测量***及其标定方法 | |
| EP0470816A1 (en) | Field shift moire system | |
| CN104729429A (zh) | 一种远心成像的三维形貌测量***标定方法 | |
| CN110849268A (zh) | 一种快速的相位-高度映射标定方法 | |
| Quan et al. | 3-D deformation measurement using fringe projection and digital image correlation | |
| CN108426539A (zh) | 一种基于双频正交光栅投影检测反射元件面形的方法 | |
| CN108362226A (zh) | 提高图像过曝区域相位测量精度的双四步相移法 | |
| CN104463833A (zh) | 一种标定一维面阵相机组相机参数的方法和*** | |
| CN115775303A (zh) | 一种基于深度学习与光照模型的高反光物体三维重建方法 | |
| CN105092056A (zh) | 数字相移点衍射干涉仪及光学***波像差测量方法 | |
| Su et al. | Phase-height mapping and coordinate calibration simultaneously in phase-measuring profilometry | |
| Bartsch et al. | Improving the calibration of phase measuring deflectometry by a polynomial representation of the display shape | |
| Nguyen et al. | Real-time 3D measurement of freeform surfaces by dynamic deflectometry based on diagonal spatial carrier-frequency pattern projection | |
| CN110009668A (zh) | 多通道相移干涉图的配准方法、装置和成像方法、*** | |
| He et al. | A composite-structured-light 3D measurement method based on fringe parameter calibration | |
| CN108775874A (zh) | 一种应用随机相移技术的阴影三维轮廓测量装置和方法 | |
| Xiaofei et al. | Three-dimensional reconstruction based on tri-frequency heterodyne principle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190712 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |