融合梯度向量流条纹探测与图切法相位解缠

为解决GVF-Snake(gradient vector flow snake)条纹探测相位解缠时,内部条纹线探测偏离条纹边界的问题,提出了一种融合GVF-Snake条纹探测与马尔科夫随机场(Markov random field, MRF)图切法相位解缠方法。通过判断出条纹探测线不是真实条纹边界的情况,对该条纹探测线上一步探测条纹的内部块用MRF图切法进行分割解缠,按照相应解缠准则将两种解缠结果进行融合,形成含有边界跳跃点的粗解缠结果,并用高通滤波插值法消除粗解缠结果的边界孤立点的方法研究了矿区梯度较大地区的相位解缠。结果表明:以巨野矿区某工作面为实验区,用两景sentinel-1A的单视复数图像进行两轨法干涉处理的真实相位来验证算法的有效性。在面分析上,以自适应局部平滑相位评估(phase estimation using adaptive regulation based on local smoothing, PEARLS)为评价标准,将本文方法与最小费用流等5种相位解缠算法进行比较。对比结果显示,本文方法的平方根误差、平均绝对误差分别是±0.079 1、±0.009 0、±2.317 3 rad。在线分析上,对只含有变形相位的绝对相位,提取各解缠绝对相位工作面走向线、倾向线的变形。以实际水准观测值为标准,本文方法的平方根误差、平均绝对误差、绝对值最大误差分别是±0.177 48、±0.141 07、±0.405 29 cm。面分析中以PEARLS相位重构为基准,可见本文方法要优于其他常规的解缠方法;同理,线分析中以水准数据作为依据其各项指标亦为最优。     

能量方程在InSAR相位解缠中的应用研究

将能量方程应用于InSAR二维相位解缠中,阐述了它的基本原理。通过对干涉图进行均值滤波处理,使同一条纹内的相位得到平滑,相邻条纹间的相位得到增强,避免了相位解缠产生的拉线现象。在相位解缠过程中,对每一像素点进行相位梯度估计,减少了误差的传播。该方法有效地解决了原能量方程算法在干涉条纹较多情况下,相位解缠不收敛的问题,提高了相位解缠的精度。仿真数据和真实InSAR数据的实验结果验证了该方法的有效性。     

GB-InSAR三维空时相位解缠方法

地基干涉合成孔径雷达是边坡高精度形变测量的重要手段,而相位解缠的准确性直接影响到形变测量的可靠性.为解决随机跳变噪声造成的累积相位阶跃型误差,提出了三维空时相位解缠方法.结合差分干涉相位模型,基于空间维最小费用流解缠结果识别相位跳变点,构建修正网络,根据跳变点和局域内非跳变点之间的空间约束关系建立空域约束方程,根据相邻干涉图的时序约束关系建立时域约束方程,联立实现二维解缠结果的修正.仿真和实测数据的处理结果表明,该方法可以有效地修正随机跳变噪声带来的解缠误差,进而修正区域型相位解缠误差,提高形变反演的可靠性.     

基于多重网格法的相位解缠算法

指出了最小二乘相位解缠算法是求解二维相位解缠问题最稳健的方法之一,并可等效为求解一大型的稀疏线性方程系统.求解大型线性方程组通常采用迭代法,然而其收敛速度非常慢.为了改善收敛特性,提出了一种新的相位解缠算法——多重网格法,该方法通过在疏密不同的网格层上进行迭代,以平滑不同频率的误差分量,从而加快系统的收敛速度.仿真实验表明:该方法能够很好地恢复真实相位,具有解缠精度高,收敛速度快等优点.     

某钻井水溶开采矿区地表形变D-In SAR监测精度分析

为了研究矿区地表形变以及沉降漏斗的生成机理、过程和趋势,获取沉陷发展规律,以及时采取有效措施进行生态重建,采用D-In SAR对某钻井水溶矿区进行了监测。选取某钻井水溶矿区地表2015-2017年Sentinel-1A影像构成2个干涉影像对,进行地表形变监测。在SAR Scape软件平台,针对D-In SAR干涉影像的基线误差、大气误差和地形误差等,通过干涉影像对配准、基线估计、滤波去噪和相位解缠,获取矿区地表形变图;借助ArcGIS空间分析工具和MATLAB软件,与水准测量数据进行叠加,分析沉陷区域的空间动态分布。然后进行D-In SAR形变数据和矿区水准沉降监测精度、相关性和误差源分析。研究结果表明,精细化D-In SAR监测与水准观测的形变趋势一致,达到了水溶矿山地表沉降体积的获取精度要求。     

一种枝切法和质量图相结合的InSAR相位解缠算法

针对传统的基于残差点的路径积分相位展开方法对于相干性差、信噪比小的区域,容易形成一个个独立的孤岛而无法解缠的缺陷,提出一种枝切法和质量图相结合的In SAR相位解缠的新算法。该算法以基于残差点的路径积分相位展开方法为基础,首先对大面积相位进行解缠,然后通过包裹相位的质量图解缠剩余的孤岛相位以及残差点处的相位,其中质量图法采用堆排序算法提高运算速度。枝切法不能得到完全解和质量图法无法阻止相位解缠误差的扩散的缺点得到了有效的克服,通过该算法在实测和仿真数据的处理上,也说明该算法即利用到了路径积分法的解缠速度快的特点,又利用到了质量图算法的相位解缠的有效性的特点,能有效处理大规模缠绕相位的解缠需求,相比于其他算法能得到更高的精度。     

基于误差迭代补偿的InSAR四向加权最小二乘相位解缠法

相位解缠是干涉合成孔径雷达(InSAR)高程地形测量中的关键步骤之一。四向最小二乘法相比传统的两向最小二乘法,充分考虑了对角方向的相位信息,其解缠结果更接近真实值,但还是存在一定的误差。为了进一步提高解缠精度,提出了一种基于误差迭代补偿的四向加权最小二乘相位解缠法。通过利用缠绕相位二阶差分和梯度相关质量图的双重特性,来构建新的权重,能更好地修正坡度变化大的相位区域,抵消平滑作用,再采用误差迭代补偿机制,进一步提高解缠精度。实验结果表明,该方法有一定的优越性和可行性。     

基于误差迭代补偿的干涉合成孔雷达四向加权最小二乘相位解缠法

相位解缠是干涉合成孔径雷达(In SAR)高程地形测量中的关键步骤之一。四向最小二乘法相比传统的两向最小二乘法,充分考虑了对角方向的相位信息,其解缠结果更接近真实值;但还是存在一定的误差。为了进一步提高解缠精度,提出了一种基于误差迭代补偿的四向加权最小二乘相位解缠法。通过利用缠绕相位二阶差分和梯度相关质量图的双重特性,来构建新的权重,能更好地修正坡度变化大的相位区域,抵消平滑作用,再采用误差迭代补偿机制,进一步提高解缠精度。实验结果表明,该方法有一定的优越性和可行性。     

一种改进的相位解缠算法

针对复杂包裹相位图解缠相位时存在相位跳变和解缠耗时的问题, 提出一种改进的相位解缠算法. 首先通过四步相移法得到包裹相位图, 由包裹相位图生成质量图; 其次将质量图划分为高质量区和低质量区, 高质量区使用简单路径算法解缠, 低质量区通过相邻两像素点的质量值构造水平和竖直权值边； 最后按构造边权值从小到大进行相位解缠, 解缠过程以两像素点所构成的边为单位, 采用不连续解缠路径, 逐次解缠所有像素点. 实验结果表明, 该算法与其他算法相比, 解缠速度较快且效果好.     

一种改进的相位解缠算法

针对复杂包裹相位图解缠相位时存在相位跳变和解缠耗时的问题, 提出一种改进的相位解缠算法. 首先通过四步相移法得到包裹相位图, 由包裹相位图生成质量图; 其次将质量图划分为高质量区和低质量区, 高质量区使用简单路径算法解缠, 低质量区通过相邻两像素点的质量值构造水平和竖直权值边; 最后按构造边权值从小到大进行相位解缠, 解缠过程以两像素点所构成的边为单位, 采用不连续解缠路径, 逐次解缠所有像素点. 实验结果表明, 该算法与其他算法相比, 解缠速度较快且效果好.     

用时间域相位解包法测量不连续物体的三维轮廓

针对传统相位解包方法不能测量不连续物体轮廓的问题,提出了一种基于时间域相位解包的傅里叶变换技术.该技术采用先投影一系列间距随时间变化的正弦条纹图到被测物体上,再用电荷耦合器件和图像采集卡来获取由物体面形调制而变形的条纹图,并沿时间轴对这些变形条纹做傅里叶变换、滤波和反变换,然后沿时间轴解包,得到图像上每个时刻每个像素点的相位.由此得到的相位值在像面内是相互独立并且是沿时间轴变化的,这个相位变化率包含有物体的高度信息.实验表明,该技术成功地解决了不连续物体的轮廓测量问题,与传统的空间相位解包方法相比,该技术最大的优点是能够方便、准确地测量不连续和大陡度物体的轮廓.     

时间相位解包裹方法在三维形貌测量系统中的应用

将广义时间相位解包裹方法和影栅方法相结合,设计实现了一种基于时间相位解包裹方法的三维形貌测量系统。首先采集投影物体表面上的调制影栅图案,然后使用时间相位解包裹方法获取影栅图被调制前后的解包裹相位差图,据此重建物体三维形貌。给出了相位求解的原理及实现流程,进行了实验测试。实测结果表明,系统能够高效率、高精度地重建物体表面形貌。     

基于调制度分析的加权最小二乘位相展开方法

提出将条纹光强调制度分析和加权最小二乘法相结合进行二维位相全局展开的一种方法,在Ghiglia和Romero提出的基于离散余弦变换的加权最小二乘位相展开算法的基础上,根据条纹图像调制度分析确定加权最小二乘算法中的权矩阵,对调制度低的位相数据赋予低的权值,可以有效屏蔽无效位相数据对邻近区域的不利影响,该方法更充分利用条纹图像信息,算法稳健,可以实现完全自动的二维位展开,对实验数据的处理取得了较满意的结果。     

基于Snake模型的快速边缘检测

传统Snake模型存在两个难点,一是初始轮廓敏感,二是难深入凹陷区域.针对这两问题,存在一系列改进模型.本文结合距离模型和GVF模型的优点,提出一种快速边缘检测方法.先采用距离模型快速逼近目标边缘轮廓,设计判别条件,判断逼近程度;当判断已经收敛到目标轮廓处时,利用GVF模型继续收敛,深入目标轮廓的凹陷区域.实验结果表明改进模型具有捕获区域大,收敛速度快以及能深入凹陷区域,检测出完整边缘轮廓的特点.     

时间相位展开的误差分析与算法设计

时间相位展开方法投射一系列不同频率的条纹图到物体表面,然后将每点的相位在时间序列上独立进行展开,从而避免了误差的扩散,在近年来得到了很好的发展.本文对时间相位展开方法的效率、可靠性和精度之间的关系进行了研究和分析,并针对三种典型的时间相位展开方法：负指数拟合法,三频展开法和外差法,在上述三个方面作了定量计算和比较.根据几种方法的特点,提出了结合三频展开法和外差法优点的算法设计方法——三频外差法.计算机仿真和实验表明,该方法在仅使用三频条纹图的情况下,可以达到较高的可靠度和精度,应用前景比较好.     

频谱扫描的物体面形测量方法研究

根据正弦投影栅成像及其傅里叶变换的特点，提出了一种利用频谱扫描测量物体面形的方法．使用CCD摄像机采集一幅待测物面的图像，利用傅里叶变换法求出其空间频谱．扫描频谱图，确定参考平面投影栅线的空间频率，进而利用余弦函数模拟参考平面上的投影栅线分布．由待测物面上和参考平面上投影栅线的相对变形可求出物体的高度场分布．该方法不需要相位分布测量，也不需要解包裹运算，只需一幅图像即可实现物体的面形测量．笔者介绍了该方法的原理并进行了实验验证，给出了实验过程和实验结果．实验结果表明，该方法可实现物体面形的快速识别，有自动化程度高、计算速度快、对环境要求更低的优点．     

几种时间相位展开方法的比较

相位场的展开是基于结构光投影光学三维面形测量方法的关键步骤,复杂相位场的展开也是该方法面临的主要问题之一,时间相位展开方法提供了解决这一难题的一种有效手段.时间相位展开方法利用从多套不同频率条纹图中调解得到的三维截断相位分布,沿时间轴方向上将每点的相位进行独立展开,可以避免二维截断相位图展开过程中引入的误差扩散问题.本文对比了负指数时间相位展开法、三频时间相位展开法、三频外差时间相位展开法以及一次外差时间相位展开法,并引入分块拟合的方法来得到更准确的相位计算结果.完成了计算机模拟和实验验证,标准平面测量时,采用分段拟和的相位误差远小于以前采用的全场拟和法.     

基于直接数字频率合成的变频条纹生成方法

针对时间相位重建算法存在的实时性差的缺点，提出了一种可以快速生成并获取二维编码条纹图的方法．该方法利用直接数字合成器驱动的声光偏转器使2束相干光分别发生布喇格衍射，2束衍射光相交后发生干涉，获得干涉条纹．通过调节直接数字合成器的频率控制字改变干涉条纹的空间频率．依据该原理建立的系统可以完成变频条纹图的实时投影与采集，对采集到的变频条纹图进行处理后可以获得物体的三维数字像．实验表明每幅条纹图的投影及采集用时10ms左右，该投影及采集装置可以应用于实时性要求高的三维传感系统中．     

干涉条纹抖动误差的消除方法探讨

针对不可避免的激光光束的指向误差带来的干涉条纹抖动,去除干涉图像高频部分从而找到干涉条纹抖动量并进行误差消除.在非局域空间光孤子大相移的测量实验中,运用此方法,成功地得到了消除激光器指向误差的相位随功率的变化图,从而实现了非局域空间光孤子大相移的测量.     

基于小波分析与Snake模型的图像边缘检测方法

利用小波分析理论和GVF(梯度矢量流)Snake动态轮廓模型方法,提出了一种图像边缘检测的新方法-WVF(小波变换矢量流)Snake模型。计算机模拟表明,该方法克服了小波分析方法得到的边缘不连续的缺点,同时比GVFSnake模型具有更好的抗噪性。从而提高了动态轮廓模型方法检测复杂图像边缘线的能力。