(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210913812.X (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 沈阳航空航天大 学 地址 110136 辽宁省沈阳市道义经济开发 区道义南大街37号 (72)发明人 王琳霖　梁文婕　张印文　薛文科　 (74)专利代理 机构 沈阳维特专利商标事务所 (普通合伙) 21229 专利代理师 李丹 (51)Int.Cl. G06V 20/10(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/422(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/764(2022.01)G06V 10/82(2022.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 用于复杂场景 形貌测量的相位 解包裹方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于复杂场景形貌测量 的相位解包裹方法， 包括如下步骤： 模拟生成数 据集， 所述数据集包括展开相位图和与所述展开 相位图对应的包裹相位图， 之后， 利用所述包裹 相位图和展开相位图计算包裹计数； 利用所述数 据集训练U Net++语义 分割网络； 将待 解包裹的包 裹相位图输入到训练好的UNet++语义分割网络 中， 得到语义分割结果， 之后， 将所述语义 分割结 果乘以2π再与所述待解包裹的包裹相位图相 加， 得到预测的解包裹后的展开相位图。 该用于 复杂场景形貌测量的相位解包裹方法， 速度快， 精度高， 适用于具有复杂轮廓 及特征形状的相位 图， 在光学量子学 领域有很大的发展空间。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115311561 A 2022.11.08 CN 115311561 A 1.用于复杂场景 形貌测量的相位 解包裹方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 利用计算机模拟生成数据集， 其中， 所述数据集包括展开相位图和与所述展开相位 图对应的包裹相位图， 之后， 利用所述包裹相位图和展开相位图计算包裹计数； S2： 将所述数据集划分为训练集、 验证集和测试集， 将UNet++语义分割网络作 为相位解 包裹模型， 并利用所述数据集对 所述UNet++语义分割网络进 行训练、 验证和测试， 得到训练 好的UNet++语义分割网络， 其中， 所述UNet++语义分割网络的输入是包裹相位图， 所述UNet ++语义分割网络的标签为包裹计数； S3： 将待解包裹的包裹相位图输入到训练好的UNet++语义分割网络， 得到语义分割结 果， 即： 包裹计数， 之后， 将所述包裹计数乘以2 π再与所述待解包裹的包裹相位图相加， 得到 预测的解包裹后的展开相位图。 2.按照权利要求1所述用于复杂场景形貌测量的相位解包裹方法， 其特征在于： S1具体 包括如下步骤： S11： 通过计算机程序构造二元高斯分布的概率密度函数， 并生成大量三维高斯函数， 之后， 随机选取所述三元高斯函数并反复进行任意加减运算， 生成展开相位Φ(x,y)， 并得 到大量长 宽大小为25 6*256的展开相位图； S12： 获得与所述展开相位图对应的包裹相位 图， 其中， 所述包裹相位 图中的包裹相位 通过如下公式计算： 式中， 表示像素点(x,y)的包裹相位， I1、 I2、 I3、 I4分别为4幅相移为Φ(x,y)且符 合正弦规律的条纹图像的灰度值； S13： 向生成的包裹相位图中加入随机的散斑噪声， 得到不同噪声、 不同包裹程度的包 裹相位图； S14： 利用所述包裹相位图和展开相位图计算包裹计数， 其中， 像素点(x,y)对应的包裹 计数k(x,y)利用下式获得： 式中， round表示四舍五入运算， Φ(x,y)表示展开相位图中像素点(x,y)的展开相位， 表示包裹相位图中像素点(x,y)的包裹相位。 3.按照权利要求1所述用于复杂场景形貌测量的相位解包裹方法， 其特征在于： S2中， 所述UNet++语义分割网络包括编码器和解码器： 编码器包括5个编码层， 每个编码层由VGG   block块组成， 通过卷积、 批量归一化过程提取不同尺度的特征信息； 解码器从提取到的特 征信息中恢复出分割的边界信息 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115311561 A 2用于复杂场景 形貌测量的相位解包裹方 法 技术领域 [0001]本发明属于光学三维测量技术领域， 特别提供了一种用于复杂场景形貌测量的相 位解包裹方法。 背景技术 [0002]光学三维测量技术是一种 非接触、 高精度投影结构光的表面形貌测量技术， 目前 被广泛应用于智能制 造、 虚拟现实、 文物保护及医疗诊断等领域。 而在实际应用中， 由于复 杂现场环境、 被测对象状态和材料表 面属性等因素的 限制， 给三 维测量带来了很大挑战。 复 杂工业环境、 水下环 境等极端恶劣条件下的三维测量技术研究是一项 具有实际意义和挑战 性的工作， 在未来为了长期服役于极端环境的化工、 核电、 航空航天等重要领域装备， 三维 视觉测量的需求会进一步提高。 复杂极端环境下， 清晰图像的采集、 受到干扰而失真图像的 还原、 测量系统稳定可靠的运行以及环境因素导 致的测量 误差等技术难题还亟需突破。 [0003]相位展开是三维形貌测量技术中的关键步骤， 在光学三维测量中， 被测物理量以 相位信息的形式被提取出来， 由于包裹相位图以反正切函数获得， 相位信息被截断在[ ‑π, π]的范围内， 且存在2 π 的相位跳变， 无法获得被测物理量的真实相位信息。 为了得到被测物 理量的真实相位， 完成后续的三 维测量， 必须对包裹相位进 行相位展开处理， 这就是相位解 包裹。 [0004]传统的相位展开方法大致可分为三类。 第一类是空间相位展开。 空间相位展开方 法仅使用单个被包裹的相位图来 获取相应的被包裹的相位分布， 并根据相 邻的相位值导出 给定像素的被包裹的相位。 具有代表性的方法包括枝切法、 质量图导向法、 Flynn最小不连 续方法、 最小LP范数方法等。 第二类是时间相位展开方法。 为了消除相位模糊性， 时间相位 展开方法一般通过逐步调整灵活的系统参数来产生不同的或合成的波长， 从而使物体被不 同周期的条纹覆盖。 具有代表 性的时间相位展开算法包括多频法、 多频外差法等。 第三类是 几何相位展开方法。 几何相位展开方法利用投影仪 ‑ 相机系统的对极几何特性， 解决了相 位模糊问题。 [0005]然而传统方法鲁棒性的增加通常伴随着计算效率的下降， 难以处理复杂相位图像 的相位不连续性。 发明内容 [0006]鉴于此， 本发明的目的在于提供一种用于复杂场景形貌测量的相位解包裹方法， 引入了深度学习的方法， 通过语义分割， 将包裹相位图像中属于同一时段的像素逐一归入 同一类别， 从而解决相位问题， 实现对具有复杂轮廓及特 征形状的相位图高精度处 理。 [0007]本发明提供的技术方案是： 用于复杂场景形貌测量的相位解包裹方法， 包括如下 步骤： [0008]S1： 利用计算机模拟生成数据集， 其中， 所述数据集包括展开相位图和 与所述展开 相位图对应的包裹相位图， 之后， 利用所述包裹相位图和展开相位图计算包裹计数；说　明　书 1/4 页 3 CN 115311561 A 3