用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法，包括：1）輸入一幅電子散斑干涉條紋圖像u；2）對(duì)該電子散斑干涉條紋圖像u進(jìn)行離散化；3）計(jì)算條紋方向與x軸方向的夾角θi,j；4）自適應(yīng)得到時(shí)間步長(zhǎng)Δt；5）自適應(yīng)得到迭代次數(shù)Nc；6）對(duì)于每次迭代，求出圖像u每個(gè)像素的一階偏導(dǎo)數(shù)ux，uy以及二階偏導(dǎo)數(shù)uxx，uxy和uyy；7）基于上述的方向偏微分方程模型的離散格式，求出圖像u每個(gè)像素的數(shù)值解8）當(dāng)達(dá)到設(shè)置的最大迭代次數(shù)Nc時(shí)的數(shù)值解即為濾波圖像。本發(fā)明可以廣泛地用于高噪聲的電子散斑干涉條紋圖濾波中。
【專利說明】用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)和光信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于電子散斑干涉圖像濾波的方向偏微分方程模型參數(shù)的選取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子散斑干涉測(cè)量技術(shù)(electrostaticspeckled pattern interferometry，簡(jiǎn)稱ESPI)是上世紀(jì)60年代末興起的一種光學(xué)測(cè)量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于粗糙表面的變形測(cè)量和無(wú)損檢測(cè)(見文獻(xiàn)[I])。對(duì)電子散斑條紋圖的處理分析是獲取有關(guān)物體信息的主要手段之一，但由于電子散斑條紋圖中總是伴隨著強(qiáng)烈的噪聲，導(dǎo)致無(wú)法直接利用這些圖像正確的分析物體信息，所以必須對(duì)電子散斑條紋圖進(jìn)行濾波，提高圖像的對(duì)比度，去除噪聲的影響。偏微分方程(Partial differential equation,簡(jiǎn)稱F1DE)是一種方案靈活、處理效果良好的圖像濾波技術(shù)(見文獻(xiàn)[3]，[6])，尤其是方向偏微分方程，只沿著條紋方向(見文獻(xiàn)
[4]，[5])進(jìn)行濾波，適合電子散斑干涉條紋圖(見文獻(xiàn)[2])。在使用PDE時(shí)，一個(gè)重要問題是的如何選擇合適的濾波參數(shù)，包括方程離散的時(shí)間步長(zhǎng)和迭代次數(shù)，參數(shù)選取的合適與否直接關(guān)系到濾波效果和方程的穩(wěn)定性(見文獻(xiàn)[7])。
[0003]參考文獻(xiàn):
[0004][I] C.Tang, L.Wang, and H.Yanj “Comparison on performance of somerepresentative and recent filtering methods in electronic speckle patterninterferometry, ” Opt.Laser.Eng.50 (8)，1036-1051 (2012).[0005][2]C.Tang, L.Hanj H.Renj “Second-order oriented partial-differentialequations for denoising in electronic—speckle-pattern interferometryfringes, ” Opt.Lett.33 (19)，2179-2181 (2008).[0006][3]F.Zhang, W.Liuj and L Xia，“Homomorphic partial differential equationfiltering method for electronic speckle pattern interferometry fringes based onfringe density, ” Chin.0pt.Lett.7 (3)，210-213 (2009).[0007][4] S.Chikkerurj A.N.Cartwright, and V.Govindarajuj “Fingerprintenhancement using STFT analysis，，，Pattern Recogn.198-211 (2007).[0008][5] L.Hong, Y.Wan, and A.Jain, “Fingerprint image enhancement: algorithmand performance evaluation，” IEEE T.Pattern Anal.20 (18)，777-789 (1998).[0009][6]Y.Chen, C.A.Z.Barcelosj and B.A.Mairj “Smoothing and edge detectionby time-varying coupled nonlinear diffusion equations, ”Comput.Vis.1mageUnd.82(2),85-100(2001).[0010][7]P.Mrazek.“Nonlinear diffusion for image filtering and monotonicityenhancement，，，Czech Technical University (2001).
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]在方向偏微分方程中有兩個(gè)重要的參數(shù)，分別是方程離散的時(shí)間步長(zhǎng)和迭代次數(shù)。由于待處理圖像的特征不同，通常濾波參數(shù)是通過多次嘗試選擇的。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法，主要是從去噪程度和保真程度兩個(gè)角度考慮濾波效果，通過比較信號(hào)與噪聲的相關(guān)系數(shù)是否遞減來(lái)確定時(shí)間步長(zhǎng)At，然后考慮濾波后圖像與理想無(wú)噪聲圖像的接近程度，從而得到合適的迭代次數(shù)η。
[0012]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法，包括下列步驟:
[0013]步驟1:輸入一幅電子散斑干涉條紋圖像U ；
[0014]步驟2:對(duì)該電子散斑干涉條紋圖像u進(jìn)行離散化:假設(shè)圖像u的大小為ΜΧΝ，ui；J(I≤i≤M，1≤j≤N)為(i，j)點(diǎn)處的灰度值，時(shí)間步長(zhǎng)為At，在方程的演化過
程中，tn=nAt時(shí)刻的演化圖像u(i，j，nAt)表示為
【權(quán)利要求】
1.一種用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法，包括下列步驟: 步驟1:輸入一幅電子散斑干涉條紋圖像u ； 步驟2:對(duì)該電子散斑干涉條紋圖像u進(jìn)行離散化:假設(shè)圖像u的大小為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法，其中，步驟4自適應(yīng)得到時(shí)間步長(zhǎng)At包括以下步驟: 步驟4-1:輸入一幅電子散斑干涉條紋圖像u ； 步驟4-2:給定初值，設(shè)置迭代初值Utl為原始圖像I，迭代時(shí)間步長(zhǎng)Atk=I,初始循環(huán)次數(shù) k=0 ； 步驟4-3:計(jì)算兩次的濾波結(jié)果u ( Δ tk)和u (2 Δ tk)； 步驟4-4:判斷第二次濾波后的噪聲與信號(hào)的相關(guān)系數(shù)corr(u(0)-u(2Atk),u(2Atk))是否小于第一次濾波后的噪聲與信號(hào)的相關(guān)系數(shù)corr (u (O) -u ( Δ tk), u ( Δ tk))，若是，則執(zhí)行步驟4_5 ;否則設(shè)置k=k+l,時(shí)間步長(zhǎng)在上次的基礎(chǔ)上減0.05，即賦值Λ tk+1= Δ tk-0.05，重復(fù)步驟4-3和步驟4_4 ； 步驟4-5:輸出此時(shí)的Atk。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電子散斑干涉條紋圖的方向偏微分方程濾波方法，其中，步驟5自適應(yīng)得到迭代次數(shù)N。包括以下步驟:步驟5-1:輸入一幅電子散斑干涉條紋圖像u ； 步驟5-2:固定時(shí)間步長(zhǎng)At為上述自適應(yīng)得到的At，設(shè)置迭代初值Utl為初始圖像I，迭代次數(shù)η=I ； 步驟5-3:計(jì)算第一次迭代的濾波結(jié)果 步驟5-4:自η=1開始，計(jì)算(1，并保存當(dāng)前濾波結(jié)果^1和上一次的濾波結(jié)果； 步驟5-5:判斷是否同時(shí)滿足下述兩個(gè)條件， 條件I是當(dāng)前濾波后噪聲與信號(hào)的相關(guān)系數(shù)corr (u (O) -U (2 Λ t)，u (2 Λ t))大于上一次濾波后的噪聲與信號(hào)的相關(guān)系數(shù)corr (u (O) -U ( Δ t), u ( Δ t)), 條件2是散斑系數(shù)小于0.2 ； 若是，則執(zhí)行步驟5-6，否則設(shè)置n=n+l，重復(fù)步驟5_4和步驟5_5 ； 步驟5-6: 輸出Nc=Ii。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103559691SQ201310554991
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】張芳, 肖志濤, 袁泉, 吳駿, 耿磊 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)