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用于二维相位展开的质量图研究

赵万成  
【摘要】:二维相位展开是很多相位测量技术中的关键技术,如光学干涉测量术、医学核磁共振技术等。在这些相位测量技术中,待测量的物理信息以相位表示,由于反三角函数的应用,通常只能得到位于(-π,π]之间的包裹相位。为了获得实际的相位信息,需要从包裹相位中恢复出连续相位,这一相位复原过程被称为相位展开。相位展开一般需要一个质量图来指导。质量图是描述给定相位数据每个像素数据质量高低的二维数据阵列,质量图的可靠与否很大程度上决定了相位展开的可靠性。现有的各种质量图均存在一定的缺陷,在噪声、欠采样等因素下难以准确反应包裹相位图的相位质量,导致相位展开结果不可靠。本文针对现有质量图的不足,对用于二维相位展开的质量图进行了深入的研究和探讨。 在详细描述了现有质量图的构造原理及其缺陷后,本文引入了加权梯度与相关性等创新思想来构造新颖的质量图。基于加权梯度的质量图适用于所有基于相位梯度的质量图,其利用加权梯度算子取代现有的原始梯度算子,可有效利用相位的邻域信息,更准确地反映包裹相位图的相位信息。选择合适的加权梯度算子,可以有效地避免或降低噪声及欠采样等因素的影响,改善相位展开结果。在所提出的基于梯度相关性的质量图中,利用相位梯度图中每个像素一定邻域内的相位梯度相关系数构造新质量图。该质量图可以有效地区分噪声与相位变化大的可靠区域,其克服了现有质量图的缺点,可以有效地评价包裹相位图的可靠性。在上述两种新质量图的基础上,提出了一种基于加权梯度与相关性的质量图。加权梯度相关性质量图综合了上述两种质量图的优点,可以明显地改善相位展开结果。此外,为了评价质量图的可靠性,本文提出一种相位展开质量评价方法。相位展开结果表明,本文所提出的3种新质量图对于提高相位展开的可靠性均有很大的帮助,是3种优良的相位质量指示器。


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