文 献 综 述

一、数字图像处理技术的应用现状与发展趋势

数字图像处理技术最早出现于上世纪50年代，早期的图像处理的目的是改善图像的质量，改善人的视觉效果，而随着科技的发展，数字图像处理技术也越来越成熟，它逐渐成为一门多领域应用的技术，它是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程，以提高图像的实用性，达到人们所要求的预期结果^[1]。对于信息的存储、远传或者是复制等一系列的变换处理，图像的质量会有所退化，但是只要是图像在数字化时准确的表现了原稿，则数字图像处理过程始终可以保持图像的不变。数字图像处理技术可以处理来自多种信息源的图像，例如可见光图像以及不可见光波普图像，此外，数字图像处理技术的灵活性极高，但凡是能用数学公式变现出来的逻辑关系的运算均可以用数字图像处理技术。如今，数字图像处理技术已经运用于社会的很多领域，像航天航空方面、生物医学工程方面、通信工程方面、工业和工程方面、军事公安方面、文化艺术方面、机器人视觉等，总之，图像处理技术应用领域相当广泛，已在国家安全、经济发展、日常生活中充当越来越重要的角色，对国计民生的作用不可低估，该技术是一门引人注目、前景远大的新型学科^[2]。

二、光学三维形貌测量及其多种解相方法的介绍

1.光学三维形貌测量简介：

”光学测量”是一种非接触测量方法，它是获取物体表面形态特征的一种重要手段，是一种逆向工程技术，亦称为反求工程(Reverse Engineering)，简称RE^[10]。这种三维形貌测量技术具有速度快、分辨率高和非接触等优点而广泛应用于工程设计、质量控制、医疗诊断和计算机辅助制造等方面^[3]。光学三维测量技术主要包含被动测量和主动测量，前者是在自然光下进行，后者采用结构光对物体表面进行测量^[4]。而本文中我们主要讲述的是采用结构光对物体表面进行测量，此种测量中有三种具有代表性的测量法，它们分别是莫尔条纹法，激光扫描和基于光栅投影。莫尔条纹法是光学测量早期流行的技术，但是由于自动化程度低，并且很多时候需要人眼辨识而淘汰。随着光学技术以及计算机科学的发展，激光扫描和基于光栅投影的三维测量技术成为了当前最主流的两种技术^[5]。

2.光学形貌测量中的解相方法：

计算机对于光学形貌测量处理大致有以下四个步骤，一是预处理，二是解相，三是相位的展开，四就是重构物体表面的形貌。而本文中重点分析的就是多种解相的方法，相移法、傅里叶变换法、小波分析法以及S变换法等是常用的几种解相方法，后面三种方法也统称为变换法解相，每种方法都有它自己的优势与劣势，下面就是光学形貌测量中的多种解相方法的讨论：

2.1相移法：

利用投影仪向被测物体表面投影多幅带有一定相位差的图像，并在时间轴上对每点进行扫描，获得全局光栅的空间信息以及一个周期内条纹相移的时序信息。通常投影幅数越多，测量的精度越高,因此相移法中最常用的是4幅相位变化图，采用4次相移公式具有消除背景项和检测器的非线性及常数项影响的特点，虽然方法简单，但是测量繁琐，速度缓慢，所以这种需要多幅光栅图像投影就难以用于实际的三维测量系统中^[3][5]。