一种数字全息子孔径相位图自动拼接融合方法

技术领域

本发明涉及一种数字全息子孔径相位图自动拼接融合方法，可用于数字全息技术检测被测物表面三维形貌再现时的自动拼接融合。

背景技术

数字全息技术是一种非接触、高精度的测量技术，被广泛应用于物体表面三维信息的测量，是精密测量领域的一项重要研究内容。相比于传统全息，数字全息可以对三维或位相物体的结构信息进行定量分析，但受其记录过程中光电转换器件有限的像元尺寸和光敏面积影响，所记录的数字全息图记录范围小、分辨率低，严重限制了数字全息在大范围高精密测量领域的应用。相位拼接技术可以对数字全息解包裹后的相位信息进行正确的相位拼接，能够在不增加硬件检测系统难度的基础上实现数字全息在大范围、高精密领域的测量，但如何提高相位拼接效率和精度从而实现相位图的自动拼接融合是目前的研究重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字全息子孔径相位图自动拼接融合方法，提高了数字全息子孔径相位图的拼接效率和精度，实现了数字全息子孔径相位图的自动拼接融合。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种数字全息子孔径相位图自动拼接融合方法，该方法包括：

s1，根据相位相关算法对相邻两子孔径相位图进行粗匹配，得到两子孔径相位图之间的初始相对位置和初始重叠区域；

s2，根据Harris算子分别对两幅子孔径相位图的初始重叠区域进行角点检测，并进行对应的角点匹配和误配点对的剔除，得到最佳Harris角点匹配点对；

s3，以步骤s2中得到的最佳匹配点对为中心，分别在两幅子孔径相位图中选择相应的子图像块，并根据全匹配搜索算法(FS)计算得到最佳匹配点对及其对应的偏移量；

s4，根据两幅子孔径相位图、步骤s3中得到的最佳匹配点对及其对应的偏移量，对两幅子孔径相位图进行平移，并对重叠区域进行相位融合，从而实现对数字全息子孔径相位图的自动拼接融合。

本技术方案实现了相邻两子孔径相位图的粗匹配，然后对重叠区域进行Harris角点检测，并对角点进行匹配以及误配点对的剔除，从而获得最佳Harris角点匹配点对，再通过全匹配搜索算法对以最佳匹配点对为中心的两子图像块进行匹配，计算得到最佳匹配点对及其对应的偏移量，最后根据计算结果对两幅子孔径相位图进行平移，并对重叠区域进行相位融合，极大提高了数字全息子孔径相位图的拼接效率和精度，实现了数字全息子孔径相位图的自动拼接融合。

另外，步骤s1包括：

s11,分别对相邻两子孔径相位图进行傅里叶变换；

s12，对傅里叶变换后的两子孔径相位图求解互功率谱，并进行傅里叶反变换，得到冲激函数；

s13，取冲激函数的实部，并寻找其峰值点坐标，得到两子孔径相位图之间的初始相对位置，再由计算得出初始重叠区域；

本技术方案实现了相邻两子孔径相位图进行粗匹配，得到两子孔径相位图之间的初始相对位置和初始重叠区域。

另外，所述步骤s2包括：

s21，采用Harris算子分别对步骤s1中得到的两子孔径相位图初始重叠区域进行角点检测，得到两幅子孔径相位图的初始重叠区域的Harris角点点群；

s22，以步骤s21中得到的Harris角点点群中的每个角点为中心，选择一个大小为m*m的图像块，即得到对应的角点块，并根据归一化互相关(NCC)算法对得到的角点块进行匹配，计算相应角点块的相似性，从而得到对应的Harris角点匹配点对；

s23，根据步骤s1中得到的两子孔径相位图初始相对位置以及投票过滤法对Harris角点匹配点对进行提纯，剔除误配点对；

s24，根据步骤s22中归一化互相关的计算结果，选择提纯后的Harris角点匹配点对中角点块的相似性最高的匹配点对为最佳Harris角点匹配点对。

本技术方案实现了对相邻两子孔径相位图的重叠区域进行Harris角点检测，然后进行角点匹配以及角点匹配点对的提纯，得到最佳Harris角点匹配点对。

另外，所述步骤s3包括：

s31，以步骤s2中得到的最佳Harris角点匹配点对为中心，分别在两幅子孔径相位图中选择一个大小为N*N的图像块1和2N*2N的图像块2；

s32，以步骤s31中的图像块1为参考块，以图像块2作为对应的搜索区域，同时图像块1的起始坐标也是参考块的起始坐标，记为(x

s33，根据全匹配搜索算法(FS)在搜索区域内遍历寻找一个大小为N*N的最佳匹配块，其对应的匹配块起始坐标记为(x

s34，根据(x

(Δx，Δy)＝(x

本方案实现了以最佳Harris角点匹配点对为中心的一定范围内的全匹配搜索，得到了最佳匹配点对以及两子孔径相位图的偏移量。

另外，所述步骤s33中全匹配搜索算法在搜索区域内所有像素点的位置处利用SAD匹配准则计算SAD(i，j)值，最佳匹配块即为最小SAD值对应的匹配块，两子孔径相位图的最终相对位置即为最佳匹配点对应的偏移量；

所述SAD匹配准则：

另外，所述步骤s4中相位融合方法为加权平均融合。

另外，本发明所述两子孔径相位图应具有部分重叠区域。

相应的，本发明所述方法仅需输入两子孔径相位图，即可自动实现数字全息子孔径的拼接。

本发明的有益效果如下：第一，本发明结合了Harris算子的特征点匹配和全匹配搜索算法的块匹配各自的优势，充分利用Harris算子检测角点的高可靠度、高稳定性和高鲁棒性以及全匹配搜索算法的高精度的特点，在降低对原有的Harris算子检测角点的精度要求的同时极大程度上减少了全匹配搜索算法的所需的时间，显著提高了数字全息子孔径相位图的拼接效率和精度。第二，本发明使用相位相关法相邻两子孔径相位图进行粗匹配，得到两子孔径相位图之间的初始相对位置以及初始重叠区域，有效缩小了Harris算子的角点检测范围，极大程度上节约了配准时间，同时进一步提高了Harris角点的配准精度。第三，本发明仅需输入两子孔径相位图，即可自动实现数字全息子孔径的拼接，避免了人工参与的环节，提高了本发明的适用场合以及拼接效率。

附图说明

图1为本发明的数字全息两相邻子孔径相位图示意图。

图2为本发明的数字全息两相邻子孔径相位拼接结果图示意图。

图3为本发明的方法流程图示意图。

图4为本发明的全匹配算法示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例是基于一种数字全息子孔径相位图自动拼接融合方法，提高了数字全息子孔径相位图的拼接效率和精度，实现了数字全息子孔径相位图的自动拼接融合。示意图1，该图是本发明所述方法输入的数字全息两相邻子孔径相位图。示意图2，该图是本发明的数字全息两相邻子孔径相位拼接结果图。相应的，本发明所述方法仅需输入两子孔径相位图，即可自动实现数字全息子孔径的拼接。

下面说明本发明的另一方面。

参考图3，该图是本发明一种数字全息子孔径相位图自动拼接融合方法的流程示意图，该流程包括：

步骤s1，根据相位相关算法对相邻两子孔径相位图进行粗匹配，得到两子孔径相位图之间的初始相对位置和初始重叠区域；

步骤s2，根据Harris算子分别对两幅子孔径相位图的初始重叠区域进行角点检测，并进行对应的角点匹配和误配点对的剔除，得到最佳Harris角点匹配点对；

步骤s3，以步骤s2中得到的最佳匹配点对为中心，分别在两幅子孔径相位图中选择相应的子图像块，并根据全匹配搜索算法(FS)计算得到最佳匹配点对及其对应的偏移量；

步骤s4，根据两幅子孔径相位图、步骤s3中得到的最佳匹配点对及其对应的偏移量，对两幅子孔径相位图进行平移，并对重叠区域进行相位融合，从而实现对数字全息子孔径相位图的自动拼接融合。

下面具体以图1所示的两相邻数字全息子孔径相位图自动拼接融合的方法进行详细说明，其中图1(a)对应为子孔径1的相位图，图1(b)对应为子孔径2的相位图，包括如下步骤：

(1-1)相位相关法求解初始相对位置、初始重叠区域

步骤一.分别对图1所示的相邻两子孔径相位图进行傅里叶变换。

步骤二.对傅里叶变换后的两子孔径相位图求解互功率谱，并进行傅里叶反变换，得到冲激函数。

步骤三.取冲激函数的实部，并寻找其峰值点坐标，得到两子孔径相位图之间的初始相对位置，再由计算得出初始重叠区域。

(1-2)Harris算子检测角点，并进行角点配对以及误配点对的剔除，获得最佳Harris角点匹配点对

步骤一.采用Harris算子分别对(1-1)中得到的两子孔径相位图初始重叠区域进行角点检测，得到两幅子孔径相位图的初始重叠区域的Harris角点点群。

步骤二.以步骤一中得到的Harris角点点群中的每个角点为中心，选择一个大小为m*m的图像块，即得到对应的角点块，并根据归一化互相关(NCC)算法对得到的角点块进行匹配，计算相应角点块的相似性，从而得到对应的Harris角点匹配点对。

步骤三.根据(1-1)中得到的两子孔径相位图初始相对位置以及投票过滤法对Harris角点匹配点对进行提纯，剔除误配点对：

步骤四.根据(1-2)步骤二中归一化互相关的计算结果，选择提纯后的Harris角点匹配点对中角点块的相似性最高的匹配点对为最佳Harris角点匹配点对。

(1-3)全匹配搜索算法对两子孔径相位图进行搜索匹配

步骤一.如示意图4所示，以(1-2)中得到的最佳Harris角点匹配点对为中心，分别在两幅子孔径相位图中选择一个大小为N*N的图像块1和2N*2N的图像块2；

步骤二.如图4(a)所示，以步骤一中的图像块1为参考块block1，如图4(b)所示以图像块2作为对应的搜索区域，同时图像块1的起始坐标作为参考块的起始坐标，记为(x

步骤三.如图4(c)所示，根据全匹配搜索算法(FS)在搜索区域内遍历寻找一个大小为N*N的最佳匹配块，其对应的匹配块起始坐标记为(x

其中，所述全匹配搜索算法在搜索区域内所有像素点的位置处利用SAD匹配准则计算SAD(i，j)值，最佳匹配块即为最小SAD值对应的匹配块，两子孔径相位图的最终相对位置即为最佳匹配点对应的偏移量；

所述SAD匹配准则：

(1-4)根据(x

偏移量计算公式：

(Δx，Δy)＝(x

另外，所述的相位融合方法为加权平均融合，图2即为图1所示两子孔径相位图的自动拼接融合结果图。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。