專利名稱：一種數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法
一種數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于數(shù)字全息顯微測量領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字全息顯微術(shù)是數(shù)字全息術(shù)和顯微技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以精確地獲取物光波的相位分布，因而可以分析微小物體的表面三維形貌或相位型物體的相位信息，是近年發(fā)展起來的一種重要的顯微成像技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和應(yīng)用領(lǐng)域。相位去包裹是數(shù)字全息顯微術(shù)研究中的一個(gè)重要問題，因?yàn)橹苯油ㄟ^復(fù)振幅計(jì)算得到的相位信息經(jīng)常被包裹在(_π, Ji]的相位主值中，要獲取真實(shí)的相位信息，必須通過相位去包裹技術(shù)將相位從主值分布恢復(fù)為真實(shí)分布。
相位去包裹技術(shù)作為各個(gè)相位測量領(lǐng)域的通用技術(shù)，自1982年Itoth提出以來， 已經(jīng)發(fā)展了大量有效的算法。這些算法總體上可以分為路徑跟蹤算法和全局算法兩大類， 前者主要包括枝切算法、質(zhì)量導(dǎo)向路徑跟蹤算法、掩模分割算法等；后者主要包括最小二乘算法、加權(quán)最小二乘算法等。為適用各自的應(yīng)用領(lǐng)域，每種算法都被不同領(lǐng)域的研究者給予了具體的研究發(fā)展。隨著數(shù)字全息顯微技術(shù)的發(fā)展，已有越來越多的學(xué)者開始研究適用于該領(lǐng)域的相位去包裹算法。
質(zhì)量導(dǎo)向相位去包裹算法同時(shí)兼具速度和準(zhǔn)確度兩方面的優(yōu)勢，是一種很有希望的適用于數(shù)字全息顯微相位圖的去包裹算法。質(zhì)量圖的定義和路徑跟蹤方法是影響質(zhì)量導(dǎo)向去包裹算法的兩個(gè)重要方面。
目前已經(jīng)提出了很多種質(zhì)量圖的定義，包括相關(guān)系數(shù)圖、調(diào)制度圖、相位導(dǎo)數(shù)方差圖，最大相位梯度圖，振幅圖等，每種質(zhì)量圖都有自己的適用領(lǐng)域。另一方面，質(zhì)量圖也直接影響去包裹的速度，因?yàn)橘|(zhì)量圖中可靠度值的分布直接決定去包裹的路徑導(dǎo)向，而路徑的復(fù)雜度直接影響去包裹的速度。
目前廣泛使用的路徑跟蹤方法是插入式排序的洪水算法，這種排序操作是非常費(fèi)時(shí)的，從而影響了去包裹的時(shí)間。另一種路徑跟蹤方法是可靠度樹的路徑跟蹤方法，該方法省略了插入式排序時(shí)間，但是建立最小跨度樹的操作還是很費(fèi)時(shí)間的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對數(shù)字全息顯微相位圖僅存在少量殘差點(diǎn)的高信噪比的特點(diǎn)，提出了一種基于新型質(zhì)量圖和堆棧鏈表的快速質(zhì)量導(dǎo)向去包裹方法。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案是
一種數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟一，根據(jù)數(shù)字全息顯微術(shù)的基本原理，計(jì)算得到再現(xiàn)物光波復(fù)振幅分布，由復(fù)振幅分布同時(shí)得到再現(xiàn)強(qiáng)度像和包裹相位圖，并對再現(xiàn)強(qiáng)度像進(jìn)行歸一化處理，
步驟二，對包裹相位 圖進(jìn)行殘差點(diǎn)探測并記錄下殘差點(diǎn)的坐標(biāo)；
步驟三，根據(jù)強(qiáng)度像中與殘差點(diǎn)對應(yīng)像素的強(qiáng)度值分布，提取歸一化強(qiáng)度像中對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的強(qiáng)度值，將其中最大的強(qiáng)度值作為閥值。
將高于閥值的像素區(qū)域認(rèn)為可靠相位區(qū)，低于等于閥值的像素區(qū)域認(rèn)為可疑相位區(qū)；
步驟四，將歸一化強(qiáng)度像中對應(yīng)可靠相位區(qū)的強(qiáng)度值置1，對應(yīng)可疑相位區(qū)的強(qiáng)度值保持不變，建立新型的質(zhì)量步驟五，建立基于該質(zhì)量圖導(dǎo)向的堆棧鏈表洪水算法。
優(yōu)化地，所述的數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法，其特征在于所述所述包裹相位圖的殘差點(diǎn)藉由“四點(diǎn)封閉檢查是否為零”來探測，具體應(yīng)用公式
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟一，根據(jù)數(shù)字全息顯微術(shù)的基本原理，計(jì)算得到再現(xiàn)物光波復(fù)振幅分布，由復(fù)振幅分布同時(shí)得到再現(xiàn)強(qiáng)度像和包裹相位圖，并對再現(xiàn)強(qiáng)度像進(jìn)行歸一化處理，步驟二，對包裹相位圖進(jìn)行殘差點(diǎn)探測并記錄下殘差點(diǎn)的坐標(biāo)；步驟三，根據(jù)強(qiáng)度像中與殘差點(diǎn)對應(yīng)像素的強(qiáng)度值分布，提取歸一化強(qiáng)度像中對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的強(qiáng)度值，將其中最大的強(qiáng)度值作為閥值；將高于閥值的像素區(qū)域認(rèn)為可靠相位區(qū)，低于等于閥值的像素區(qū)域認(rèn)為可疑相位區(qū)； 步驟四，將歸一化強(qiáng)度像中對應(yīng)可靠相位區(qū)的強(qiáng)度值置1，對應(yīng)可疑相位區(qū)的強(qiáng)度值保持不變，建立新型的質(zhì)量圖；步驟五，建立基于該質(zhì)量圖導(dǎo)向的堆棧鏈表洪水算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法，其特征在于所述所述包裹相位圖的殘差點(diǎn)藉由“四點(diǎn)封閉檢查是否為零”來探測，具體應(yīng)用公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法，其特征在于所述基于新型質(zhì)量圖指導(dǎo)的堆棧鏈表洪水算法，具體步驟如下根據(jù)新型質(zhì)量圖的可靠度值，建立可靠度等級表，每個(gè)元素的初始值為空；將待展開起始點(diǎn)壓入堆棧鏈表，即建立一條堆棧，將堆棧頂掛到等級表的對應(yīng)位置，已展開相位相鄰點(diǎn)置為本身，置該點(diǎn)可靠度等級為“max”，并置入堆棧標(biāo)志；判斷max所指元素值是否為空,如是,則max=max-l,轉(zhuǎn)5);否則展開等級表中max所指的堆棧頂；將被展開點(diǎn)移出堆棧，即將堆棧頂移到下一結(jié)點(diǎn)，判斷被展開點(diǎn)周圍四點(diǎn)，如有未入堆棧的有效點(diǎn)，則根據(jù)可靠度，將其放入相應(yīng)堆棧中；置入堆棧標(biāo)記、已展開相位相鄰點(diǎn)位置置于剛展開點(diǎn)；判斷新入堆棧點(diǎn)可靠度是否大于“max”，如是，則將該點(diǎn)可靠度置“max” ； 判斷“max”是否在指定閾值區(qū)間，如不是，則結(jié)束算法；否則轉(zhuǎn)3)。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字全息顯微測量領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字顯微全息相位圖的快速去包裹方法。首先根據(jù)數(shù)字全息顯微術(shù)的基本原理，計(jì)算得到再現(xiàn)強(qiáng)度像和包裹相位圖，并計(jì)算包裹相位圖的殘差點(diǎn)分布；然后根據(jù)強(qiáng)度像中與殘差點(diǎn)對應(yīng)像素的強(qiáng)度值分布，自動(dòng)設(shè)置強(qiáng)度閥值，將高于閥值的像素區(qū)域認(rèn)為可靠相位區(qū)，低于等于閥值的像素區(qū)域認(rèn)為可疑相位區(qū)；接著將歸一化強(qiáng)度像中對應(yīng)可靠相位區(qū)的強(qiáng)度值置1，對應(yīng)可疑相位區(qū)的強(qiáng)度值保持不變，建立新型的質(zhì)量指導(dǎo)圖；最后建立基于該質(zhì)量圖導(dǎo)向的堆棧鏈表洪水算法。本發(fā)明運(yùn)算速度比傳統(tǒng)的質(zhì)量圖導(dǎo)向插入式排序洪水算法快100多倍，甚至是枝切算法的4倍左右，是一種適用于準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)字全息顯微術(shù)的相位去包裹方法。
文檔編號G06T7/00GK103063155SQ20121053536
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者馬利紅, 李勇, 王輝, 金洪震 申請人:浙江師范大學(xué)