資源描述:
《一種基于圖像相位信息的亞像素微位移測(cè)量算法.pdf》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第1期(總第125期)機(jī)械管理開(kāi)發(fā)2012年2月No.1(SUMNo.125)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTFeb.2012一種基于圖像相位信息的亞像素微位移測(cè)量算法王慶,劉大亮,劉忠,樊莉,王雅君,杜鵑,劉延平(首都航天機(jī)械公司,北京100076)摘要:綜合考慮了圖像的振幅和相位信息,并按相位渦旋的物理和幾何特征,研究了基于數(shù)字散斑圖像相位奇點(diǎn)匹配的位移測(cè)量算法。該算法對(duì)圖像的交流信號(hào),經(jīng)用希爾伯特變換方法,提取散斑圖像的實(shí)部和虛部信息,并用曲面擬合方法確定相位奇點(diǎn)的坐標(biāo),從而
2、確定圖像序列間的位移。試驗(yàn)結(jié)果表明,相位奇點(diǎn)匹配算法具有良好的精確度和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞:散斑圖樣;相位奇點(diǎn)匹配;亞像素測(cè)量中圖分類(lèi)號(hào):TP317.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-773X(2012)01-0082-031概述圖樣。散斑圖樣經(jīng)光學(xué)放大鏡后,由CMOS攝像機(jī)采[1,2]基于數(shù)字圖像分析的位移測(cè)量方法,已經(jīng)成為集,并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行觀察和記錄。CMOS攝像機(jī)常用的有效的光學(xué)測(cè)量手段廣泛用于實(shí)驗(yàn)力學(xué)以及其的圖像大小1280×1024像素,像素間距5.2um。低碳它科研領(lǐng)域和工程實(shí)際。該方法建立在“灰度不變假
3、鋼標(biāo)準(zhǔn)試件固定在水平精密位移平臺(tái)上,測(cè)微絲桿的設(shè)”和光流方程理論的基礎(chǔ)上,根據(jù)圖像序列,估計(jì)圖讀數(shù)精度0.5um。像中物體的運(yùn)動(dòng)。其中,通過(guò)求解相關(guān)函數(shù)進(jìn)行位移利用試驗(yàn)裝置記錄真實(shí)的散斑圖樣,配合位移模測(cè)量的方法,被稱(chēng)為數(shù)字散斑相關(guān)法[3];基于光流方型產(chǎn)生精確位移的圖像序列,就可用于本文算法的試程,通過(guò)求解圖像信號(hào)梯度進(jìn)行位移測(cè)量的方法,被稱(chēng)驗(yàn)驗(yàn)證。為此,記g(x-x0,y-y0)為參考圖像沿空間坐標(biāo)[4,5]為基于梯度的位移測(cè)量方法。x和y方向平移(x0,y0)后的圖像光強(qiáng)信號(hào)。平移前后圖數(shù)字散斑相關(guān)法和梯度法處
4、理的信號(hào),均為數(shù)字像的傅里葉變換分別為F(u,v)和G(u,v)。根據(jù)剛體運(yùn)圖像信號(hào)的實(shí)振幅(光強(qiáng))信息,而忽略了數(shù)字圖像信動(dòng)特征和“灰度不變假設(shè)”,位移模型可表示為:號(hào)的相位信息。實(shí)際上,散斑圖樣是一個(gè)相位和振幅g(x-x0,y-y0)=空間均隨機(jī)分布的復(fù)雜光場(chǎng),每個(gè)光強(qiáng)零點(diǎn)都存在著ìé①u(mài)x0vy0㈦ùü(1)一個(gè)相位奇點(diǎn),每個(gè)相位奇點(diǎn)發(fā)散地向外延伸出若干籬籬籬籬IFTíF(u,v)expêj2π②+÷úⅣ.⑨⑥èMN㈨ⅡⅤ條等相位曲線(xiàn);隨著光場(chǎng)的傳播,這些等相位曲線(xiàn)圍繞式中:IFT表示傅里葉逆變換。對(duì)應(yīng)奇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)
5、,從而在空間繪出一系列螺旋形圖樣,稱(chēng)[6]信息中的解析信號(hào),其實(shí)部為原始信號(hào)的交流分為相位渦旋。宋洪勝指出,渦旋的相對(duì)位置以及渦量,其虛部為實(shí)部的希爾伯特變換。因此,通過(guò)建立數(shù)旋中心處的實(shí)部與虛部零值線(xiàn)的夾角幾乎保持不變。字圖像的解析信號(hào)方法可以提取圖像信號(hào)的相位信因此,這些具有確定幾何特征的相位奇點(diǎn),可以作為理[7]息。若將散斑圖樣的解析信號(hào)I(x,y)表示為:想的標(biāo)記參考點(diǎn),可用于圖像的精確定位,并可達(dá)到任I(x,)=Re[I(x,)]+i匭Im[I(x,)].(2)意高的精確度。yyy為了深入研究相位信息在微位
6、移測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)實(shí)它的相位θ可表示為:用技術(shù),本文研究相位奇點(diǎn)的獲取和匹配技術(shù),研究位ìIm[I(x,y)]üθ=tan-1⑩⑩íⅣ.(3)移計(jì)算方法,并經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)算法性能。⑩Re[I(x,y)]⑩⑨Ⅴ2相位奇點(diǎn)匹配的位移測(cè)量算法選擇解析信號(hào)的實(shí)部和虛部的擬合窗口為3×3個(gè)像素,則其解析信號(hào)連續(xù)曲面可用二元二次函數(shù)表示,并用曲面擬合方法可得實(shí)部和虛部零值輪廓線(xiàn)方程為:ìx+ax2⑩Re[I(x,y)]=a0r+a1r2ry+a3r+⑩x2⑩⑩a4ry+a5ry=0í.(4)2圖1位移測(cè)量試驗(yàn)裝置平臺(tái)⑩⑩Im[I(x,y
7、)]=a0i+a1ix+a2iy+a3ix+位移測(cè)量試驗(yàn)裝置,見(jiàn)圖1,其中半導(dǎo)體激光器發(fā)⑩⑩籬a2⑨4ix+a5i=0yy出的光束(650nm,5mW)經(jīng)過(guò)濾波擴(kuò)束裝置和準(zhǔn)直透若此方程有解,即實(shí)部零值線(xiàn)和虛部零值線(xiàn)存在鏡后照射在試件表面,經(jīng)反射后,在試件表面形成散斑交點(diǎn),則該交點(diǎn)處的相位不存在,即為相位奇點(diǎn)。收稿日期:2011-12-12作者簡(jiǎn)介:王慶(1972-),男,吉林遼源人,高級(jí)工程師,碩士,研究方向:先進(jìn)制造技術(shù)等?!?2·第1期(總第125期)王機(jī)慶,械等:管一種理基于開(kāi)圖發(fā)像相位信息的亞像素微位移測(cè)量算
8、法2012年2月圖2是相機(jī)捕獲的散斑圖像為原信號(hào)得到的一個(gè)絡(luò)線(xiàn)非常相似。因此,均值誤差可認(rèn)為是算法的系統(tǒng)經(jīng)插值處理后的相位渦旋結(jié)構(gòu)圖,它能夠較好顯示出誤差。2)在位移0.0~0.4像素范圍內(nèi),兩種算法的均相位渦旋的結(jié)構(gòu)特征。以相機(jī)捕獲的散斑圖像為原信值誤差幾乎相等。但在位移0.4~1.0像素,基于梯度算號(hào),平移-1.5個(gè)像素后,兩幅圖像的奇點(diǎn)分