并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法
【專利摘要】一種并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法,所述方法使用包含多核CPU或計(jì)算機(jī)機(jī)群組成的多節(jié)點(diǎn)CPU的計(jì)算平臺(tái),主節(jié)點(diǎn)CPU完成圖像讀取與并行任務(wù)劃分及調(diào)度;分節(jié)點(diǎn)CPU處理被分配的相位求解任務(wù),并將結(jié)果傳回主節(jié)點(diǎn)CPU;主節(jié)點(diǎn)CPU獲取分節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果并完成相位解包裹。本方法在保持了串行小波變換光學(xué)條紋圖相位提取方法精度的同時(shí),提高了數(shù)據(jù)處理速度。
【專利說(shuō)明】并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)圖像處理,特別是一種并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在結(jié)構(gòu)光投影三維面形測(cè)量技術(shù)中,光學(xué)條紋圖承載了被測(cè)物體三維面形信息,對(duì)光學(xué)條紋圖高精度快速處理和信息獲取是實(shí)現(xiàn)三維面形實(shí)時(shí)測(cè)量的關(guān)鍵。
[0003]常用光學(xué)條紋圖的處理方法有相移法(在先技術(shù)1:鄭東亮,達(dá)飛鵬.雙步相移光柵投影測(cè)量輪廓術(shù).光學(xué)學(xué)報(bào)2012,32 (5):0512004)、傅立葉變換法(在先技術(shù)2:張啟燦,蘇顯渝,曹益平等.利用頻閃結(jié)構(gòu)光測(cè)量旋轉(zhuǎn)葉片的三維面形.光學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(2):207-211)和小波變換法(在先技術(shù)3:李思坤,蘇顯渝,陳文靜.一種新的小波變換空間載頻條紋相位重建方法中國(guó)激光,2010, 37(12):3060-3065)。小波變換法只需要一幅變形光學(xué)條紋圖就能得到物體三維面形信息,適合動(dòng)態(tài)測(cè)量,且小波變換法具備局部化、多分辨率分析能力和更強(qiáng)的噪聲抑制能力。但是小波變換的本質(zhì)其實(shí)是卷積和相關(guān)計(jì)算,計(jì)算處理速度比較慢。
[0004] 在先技術(shù)3中的小波變換光學(xué)條紋圖像處理方法僅僅是利用了串行的計(jì)算硬件平臺(tái),數(shù)據(jù)處理過(guò)程依循行列,多尺度的順序逐次循環(huán)計(jì)算。除了算法本身固有卷積計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)之外還存在以下缺點(diǎn)和不足:隨著圖像中所包含的頻率分量的增多,為保持計(jì)算精度,選取的尺度因子數(shù)目增大,單次小波循環(huán)的計(jì)算次數(shù)增多;圖形尺寸的增大會(huì)增加需要進(jìn)行的小波變換次數(shù);串行計(jì)算小波變換光學(xué)條紋圖處理方法耗時(shí)較長(zhǎng),無(wú)法滿足實(shí)時(shí)測(cè)量的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法,本方法保持了原有串行計(jì)算小波變換光學(xué)條紋圖相位提取方法精度,同時(shí)提高了數(shù)據(jù)處理速度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法,其特點(diǎn)在于該方法對(duì)CCD獲取光學(xué)條紋圖的相位提取采用多核CPU或者計(jì)算機(jī)機(jī)群的多CPU運(yùn)算平臺(tái),分為主節(jié)點(diǎn)CPU和分節(jié)點(diǎn)CPU,該方法包括以下步驟:
[0008] ①主節(jié)點(diǎn)CPU讀入CXD獲取的圖像,并根據(jù)圖像的分辨率和小波變換的尺度因子的數(shù)目,按照?qǐng)D像處理的行列或者是分節(jié)點(diǎn)CPU的個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)度分配分節(jié)點(diǎn)CPU的計(jì)算任務(wù);
[0009]②分節(jié)點(diǎn)CPU接收主節(jié)點(diǎn)CPU傳遞的圖像,計(jì)算小波脊和相應(yīng)包裹相位的任務(wù),計(jì)算過(guò)程如下:
[0010]光學(xué)條紋圖中的結(jié)構(gòu)光方向,即未調(diào)制強(qiáng)度呈正弦變化的方向?yàn)閳D形的行方向,設(shè)為X方向,列方向設(shè)為y方向,光學(xué)條紋圖沿結(jié)構(gòu)方向的一維強(qiáng)度信息(χ)與變量y無(wú)關(guān),圖像每行的強(qiáng)度信息如公式(I)所示:
[0011]I' (X) = IAI2C0s (2 JIfx+Λ φ (X)) (I)其中,I1 為背景光強(qiáng)度,I2 為條紋的調(diào)制度,f為投影條紋的基頻,△ Φ (X,y)為由待測(cè)物體高度h信息引起的調(diào)制相位;
[0012]采用Morlet復(fù)小波對(duì)單行強(qiáng)度信息進(jìn)行連續(xù)小波變換:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法,其特征在于該方法對(duì)CCD獲取光學(xué)條紋圖的相位提取采用多核CPU或者計(jì)算機(jī)機(jī)群的多CPU運(yùn)算平臺(tái),分為主節(jié)點(diǎn)CPU和分節(jié)點(diǎn)CPU,該方法包括以下步驟: ①主節(jié)點(diǎn)CPU讀入CCD獲取的圖像,并根據(jù)圖像的分辨率和小波變換的尺度因子的數(shù)目,按照?qǐng)D像處理的行列或者是分節(jié)點(diǎn)CPU的個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)度分配分節(jié)點(diǎn)CPU的計(jì)算任務(wù); ②分節(jié)點(diǎn)CPU接收主節(jié)點(diǎn)CPU傳遞的圖像,計(jì)算小波脊和相應(yīng)包裹相位的任務(wù),計(jì)算過(guò)程如下: 光學(xué)條紋圖中的結(jié)構(gòu)光方向,即未調(diào)制強(qiáng)度呈正弦變化的方向?yàn)閳D形的行方向,設(shè)為X方向,列方向設(shè)為y方向,光學(xué)條紋圖沿結(jié)構(gòu)方向的一維強(qiáng)度信息I'(x)與變量y無(wú)關(guān),圖像每行的強(qiáng)度信息如公式(I)所示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并行計(jì)算光學(xué)條紋圖相位提取方法,其特征在于,所述的主節(jié)點(diǎn)CPU讀取圖片之后對(duì)分節(jié)點(diǎn)CPU任務(wù)進(jìn)行分配調(diào)度,分配調(diào)度的方法有兩種: 1)任務(wù)分配調(diào)度方式一:當(dāng)CXD獲取的圖像分辨率不大于512X512,且需要分析的小波尺度個(gè)數(shù)少于40-60時(shí),所述的主節(jié)點(diǎn)CPU將光學(xué)條紋圖的一行或者一列像素的小波脊提取和相位求解作為單次計(jì)算任務(wù)發(fā)送給分節(jié)點(diǎn)CPU,分節(jié)點(diǎn)完成單次計(jì)算任務(wù)后,所述的主節(jié)點(diǎn)(PU接收并開始下一個(gè)計(jì)算任務(wù)直至所有計(jì)算任務(wù)完成; 2)任務(wù)分配調(diào)度方式二:當(dāng)CXD獲取的圖像分辨率大于512X512,或需要分析的小波尺度個(gè)數(shù)多于60時(shí),按照所用的分節(jié)點(diǎn)CPU數(shù)目P,將整幅圖像的小波脊提取和相位求解計(jì)算任務(wù)劃分為P份,主節(jié)點(diǎn)CPU —次性分派所有計(jì)算任務(wù)到P個(gè)分節(jié)點(diǎn)CPU,P個(gè)分節(jié)點(diǎn)CPU同時(shí)執(zhí)行分派的任務(wù),計(jì)算相應(yīng)部分的小波變換脊,并求解相位,P個(gè)分節(jié)點(diǎn)CPU完成單次計(jì)算任務(wù)后,P個(gè)分節(jié)點(diǎn)CPU將所述的包裹相位,傳回主節(jié)點(diǎn)CPU,主節(jié)點(diǎn)CPU整合包裹相位,解包裹之后根據(jù)測(cè)量光路`的幾何參數(shù)恢復(fù)待測(cè)物體形貌,直至所有計(jì)算任務(wù)完成。
【文檔編號(hào)】G01B11/25GK103729251SQ201310545345
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】余程, 李思坤, 王向朝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所