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针对光栅图像的快速盲去噪方法

张申华,杨延西,秦峤孟

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张申华, 杨延西, 秦峤孟. 针对光栅图像的快速盲去噪方法[J]. , 2021, 14(3): 596-604. doi: 10.37188/CO.2020-0166
引用本文: 张申华, 杨延西, 秦峤孟. 针对光栅图像的快速盲去噪方法[J]. , 2021, 14(3): 596-604.doi:10.37188/CO.2020-0166
ZHANG Shen-hua, YANG Yan-xi, QIN Qiao-meng. A fast blind denoising method for grating image[J]. Chinese Optics, 2021, 14(3): 596-604. doi: 10.37188/CO.2020-0166
Citation: ZHANG Shen-hua, YANG Yan-xi, QIN Qiao-meng. A fast blind denoising method for grating image[J].Chinese Optics, 2021, 14(3): 596-604.doi:10.37188/CO.2020-0166

针对光栅图像的快速盲去噪方法

doi:10.37188/CO.2020-0166
基金项目:国家重点研发计划专项(No. 2018YFB1703000);陕西省重点研发计划项目(No. 2020ZDLGR07-06);陕西省现代装备绿色制造协同创新中心项目(No. 304-210891702)
详细信息
    作者简介:

    张申华(1982—),河南信阳人,2010年于西北大学获得硕士学位,现为西安理工大学博士研究生,主要研究方向为光学测量。E-mail:zhang_shenhua@126.com

    杨延西(1975),山东郓城人,博士,教授,2003年于西安理工大学获得博士学位,现为西安理工大学教授、博士生导师,主要研究方向为复杂系统控制、机器视觉和智能机器人。E-mail:yangyanxi@xaut.edu.cn

  • 中图分类号:O439

A fast blind denoising method for grating image

Funds:Supported by National Key R&D Program of China (No. 2018YFB1703000); Key R&D Program of Shaanxi Province (No. 2020ZDLGR07-06); Collaborative Innovation Center of Shaanxi Province for Green Manufacturing of Modern Equipment (No. 304-210891702)
  • 摘要:基于正弦光栅条纹投影的三维测量技术是当前研究的热点问题。然而,受噪声的影响,采集到的光栅条纹图像质量降低,导致提取的相位发生扰动,而相位的提取结果直接决定着测量结果的准确性。实际测量中噪声未知,针对这一问题,本文提出了一种盲去噪方法。首先,根据残差模型,完成光栅条纹图像的真值图像与噪声图像的分离,然后,引入主成分分析技术估计出噪声图像的方差值。最后,根据噪声方差的估计值,利用基于相图的高斯滤波方法,将针对多帧光栅图像的噪声滤波转换到提取的相位图上完成。由实验结果可知,和对比方法相比,本文方法的均方根相位误差最高下降了88.5%,所提方法处理后的相位更加接近测量体的真值相位。本文方法可在最短的执行时间内实现对噪声导致的相位扰动进行抑制。所提方法能够快速处理光栅图像噪声引起的相位误差,在光栅投影测量中具有较强的实用性。

  • 图 1PCA方法对仿真噪声的估计

    Figure 1.The estimation of simulation noise by PCA method

    图 2主成分分量占比

    Figure 2.Proportion of principal component

    图 3测量系统结构图

    Figure 3.Framework of measuring system

    图 4采集的光栅图像

    Figure 4.Captured grating image

    图 5几种不同方法的滤波效果

    Figure 5.Filtering effect obtained by different methods

    图 6各种方法的相位差

    Figure 6.Phase errors obtained by different methods

    表 1仪器设备型号和参数

    Table 1.The instrument types and parameters

    仪器设备 型号 主要性能及参数
    投影仪 DLP4500 分辨率912 pixel×1140 pixel
    工业相机 MV-UB130M 分辨率1024 pixel×1280 pixel
    曝光时间:200 ms
    帧率:30 frame/s
    信噪比:45 dB
    电脑 Intel Core (TM)
    i5-8250U CPU
    主频:1.6 GHz
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    表 2各种方法的噪声方差估计值

    Table 2.The estimated noise variances of different methods

    方法 文献[5]方法 文献[7]方法 文献[8]方法 本文方法
    估计值 3.3737 1.6025 2.7823
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    表 3几种算法的量化指标对比

    Table 3.Comparison of quantitative indicators for different methods

    中值滤波
    方法
    Ref.[10]
    方法
    Ref.[12]
    方法
    Ref.[13]
    方法
    本文方法
    MPE 0.3856 9.2343 1.8268 1.7301 0.7003
    RMSE 0.0961 0.5122 0.1029 0.1038 0.0591
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    表 4几种算法的执行时间对比

    Table 4.Comparison of computing time for different methods (s)

    对比方法 中值滤波
    方法
    Ref.[10]
    方法
    Ref.[12]
    方法
    Ref.[13]
    方法
    本文方法
    执行时间 16.12 758.36 7.18 11.67 6.74
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出版历程
  • 收稿日期:2020-09-11
  • 修回日期:2020-10-21
  • 网络出版日期:2021-04-09
  • 刊出日期:2021-05-14

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