深圳商業(yè)網(wǎng)站建設(shè),泉州網(wǎng)站建設(shè)網(wǎng)站建設(shè),貴陽哪家網(wǎng)站建設(shè)公司好,南京網(wǎng)頁制作培訓(xùn)格雷碼,外差 基于c版本相位編碼與解碼 GrayCoding 類 為相移格雷碼的編碼與解碼程序MultiFrequency 類 為三頻外差的編碼與解碼程序Main為運行代碼的主程序#xff0c;包含了兩種方法的執(zhí)行示例實現(xiàn)了兩種光學(xué)測量技術(shù)的計算機模擬#xff1a;多頻外差法和格雷碼法。它使用了…格雷碼,外差 基于c版本相位編碼與解碼 GrayCoding 類 為相移格雷碼的編碼與解碼程序 MultiFrequency 類 為三頻外差的編碼與解碼程序 Main為運行代碼的主程序包含了兩種方法的執(zhí)行示例 實現(xiàn)了兩種光學(xué)測量技術(shù)的計算機模擬多頻外差法和格雷碼法。它使用了OpenCV庫來處理圖像和矩陣運算編寫于C環(huán)境中。代碼分為兩個主要部分分別對應(yīng)于兩種技術(shù)。 多頻外差法 (MultiFrequency 類) 生成條紋圖像 (GenerateFringe 方法): 生成三個不同頻率的四步相移條紋圖像。 使用三個不同的頻率比值70, 64, 59和固定的條紋寬度。 每個頻率生成四個相移圖像總共生成12張圖像。 解碼 (SolvePhase 方法): 輸入為12張相移圖像。 首先計算每個頻率的包裹相位。 然后進(jìn)行外差操作結(jié)合不同頻率的包裹相位計算出最終的外差相位。 最后通過外差相位和原始相移相位計算出絕對相位。 格雷碼法 (GrayCoding 類) 生成條紋圖像 (GenerateFringe 方法): 生成四步相移條紋圖像和六個格雷碼圖像。 格雷碼圖像是通過預(yù)定義的格雷碼編碼表生成的。 解碼 (SolvePhase 方法): 輸入為四張相移圖像和六張格雷碼圖像。 首先計算包裹相位。 然后通過對格雷碼圖像的分析將包裹相位解開成絕對相位。 主函數(shù) (main) 實例化GrayCoding和MultiFrequency類。 生成相應(yīng)的條紋圖像和解碼它們。 對于每種方法讀取生成的圖像進(jìn)行解碼操作并得到相位信息。 功能和應(yīng)用 這段代碼模擬了光學(xué)三維測量中常用的相位測量方法。多頻外差法能夠通過多個頻率的相移條紋提取精確的相位信息而格雷碼法則使用格雷碼編碼來提取相位信息。這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究中的三維形貌測量和表面輪廓分析。 分析報告 1. 概述 這段代碼實現(xiàn)了兩種光學(xué)測量技術(shù)多頻外差法和格雷碼法。這些技術(shù)主要用于精確測量物體的三維形狀和表面特征。代碼使用C語言編寫并依賴于OpenCV庫進(jìn)行圖像處理和矩陣操作。 2. 多頻外差法 (MultiFrequency 類) 2.1 生成條紋圖像 (GenerateFringe 方法) 目的: 生成用于三維形狀測量的多頻條紋圖像。 實現(xiàn)細(xì)節(jié): 定義三個不同的頻率比值70, 64, 59和固定的條紋寬度20像素。 為每個頻率生成四個相移圖像共12張圖像。 使用余弦函數(shù)和相移技術(shù)生成條紋圖像。 圖像保存為位圖格式。 2.2 解碼 (SolvePhase 方法) 目的: 從多頻條紋圖像中解碼出相位信息用于后續(xù)的三維重建。 實現(xiàn)細(xì)節(jié): 計算每個頻率的包裹相位。 進(jìn)行外差操作結(jié)合不同頻率的包裹相位。 計算外差相位的波長。 通過外差相位和原始相移相位計算出絕對相位。 3. 格雷碼法 (GrayCoding 類) 3.1 生成條紋圖像 (GenerateFringe 方法) 目的: 生成結(jié)合相移技術(shù)和格雷碼編碼的條紋圖像。 實現(xiàn)細(xì)節(jié): 生成四步相移條紋圖像。 利用預(yù)定義的格雷碼編碼表生成六個格雷碼圖像。 圖像保存為位圖格式。 3.2 解碼 (SolvePhase 方法) 目的: 從相移和格雷碼條紋圖像中解碼出相位信息。 實現(xiàn)細(xì)節(jié): 計算包裹相位。 對格雷碼圖像進(jìn)行二值分割。 將格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼。 利用格雷碼展開包裹相位得到絕對相位。 4. 主函數(shù) (main) 實例化GrayCoding和MultiFrequency類。 生成相應(yīng)的條紋圖像。 讀取圖像進(jìn)行解碼操作得到相位信息。 5. 應(yīng)用和重要性 這些技術(shù)在工業(yè)檢測、生物醫(yī)學(xué)成像和科學(xué)研究中非常重要。 它們提供了一種非接觸式、高精度的方法來測量物體的三維形狀和表面特性。 6. 技術(shù)挑戰(zhàn)和解決方案 多頻外差法: 挑戰(zhàn)準(zhǔn)確計算多個頻率的相位并進(jìn)行外差。 解決方案使用精確的數(shù)學(xué)模型和算法來處理相位計算和外差。 格雷碼法: 挑戰(zhàn)將格雷碼正確轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼并準(zhǔn)確解開包裹相位。 解決方案使用預(yù)定義的格雷碼表和算法來確保準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換和相位解包。 7. 結(jié)論 這段代碼是光學(xué)三維測量領(lǐng)域的一個實用示例展示了如何使用計算機視覺技術(shù)和算法來處理復(fù)雜的測量任務(wù)。通過精確生成和解析條紋圖像它能夠提供高精度的測量結(jié)果對于科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用來說至關(guān)重要。該系統(tǒng)基于C與OpenCV庫開發(fā)核心實現(xiàn)兩種高精度相位測量技術(shù)——相移格雷碼結(jié)合法與三頻外差法通過條紋圖像生成、相位計算與解包完成從圖像數(shù)據(jù)到絕對相位的完整求解流程可應(yīng)用于三維形貌測量、光學(xué)檢測等領(lǐng)域。一、核心功能架構(gòu)系統(tǒng)包含2個核心算法類GrayCoding、MultiFrequency與1個主程序入口main.cpp各模塊職責(zé)明確流程可拆分為“條紋圖像生成”與“相位解碼”兩大核心環(huán)節(jié)整體架構(gòu)如下模塊核心功能輸出產(chǎn)物GrayCoding類相移條紋格雷碼條紋生成、相位解包10幅條紋圖像G1-G10、絕對相位圖MultiFrequency類三頻四相條紋生成、多頻外差相位解包12幅條紋圖像I1-I12、絕對相位圖main.cpp調(diào)用兩類算法、讀取圖像、串聯(lián)完整流程執(zhí)行兩種相位求解流程二、關(guān)鍵類功能詳解2.1 GrayCoding類相移格雷碼結(jié)合法通過“四步相移條紋獲取包裹相位格雷碼條紋實現(xiàn)相位解包”的組合策略解決單一相移法無法獲取絕對相位的問題兼顧精度與魯棒性。1. 條紋圖像生成GenerateFringe()方法四步相移條紋G1-G4基于余弦函數(shù)生成4幅相位依次偏移0、π/2、π、3π/2的正弦條紋公式為G round(126 126cos(j2π/P - Δφ))其中P20為條紋寬度j為列坐標(biāo)Δφ為相移量像素值范圍0-255作用為后續(xù)計算“包裹相位”提供原始圖像數(shù)據(jù)。格雷碼條紋G5-G10內(nèi)置6組64位格雷碼編碼表Gcode1-Gcode6按“每P列一個周期”的規(guī)則將格雷碼值映射為0-255的灰度圖像1表示2550表示0。作用提供“絕對相位周期標(biāo)記”用于后續(xù)解開包裹相位的歧義。輸出生成10幅BMP格式圖像G1.bmp~G10.bmp分辨率固定為1000×1000。2. 相位解碼SolvePhase()方法輸入為10幅條紋圖像組成的向量fringes輸出為絕對相位圖phase流程分3步計算包裹相位利用四步相移的相位差特性通過反正切函數(shù)求解包裹相位范圍0-2π公式為φ atan2(G2 - G4, G1 - G2)若結(jié)果為負(fù)加2π調(diào)整至非負(fù)范圍。格雷碼二值分割先計算四步相移條紋的平均灰度圖A再將6幅格雷碼條紋G5-G10與A比較差值為正則標(biāo)記為1否則為0得到6幅二值圖B1-B6。格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制并解包通過“異或運算”將格雷碼二值圖B1-B6轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼B6為最高位B1為最低位計算周期數(shù)k最終絕對相位公式為phase φ 2π * kk由二進(jìn)制碼對應(yīng)的數(shù)值決定實現(xiàn)包裹相位的“解纏繞”。2.2 MultiFrequency類三頻外差法通過3組不同頻率的四步相移條紋利用“外差原理”縮小等效波長實現(xiàn)大范圍、高精度的絕對相位求解無需額外格雷碼標(biāo)記適用于復(fù)雜場景。1. 條紋圖像生成GenerateFringe()方法三頻四相條紋設(shè)計生成3組四步相移條紋共12幅I1-I12每組條紋頻率不同核心參數(shù)如下基礎(chǔ)頻率條紋I1-I4條紋寬度P120中頻率條紋I5-I8條紋寬度P220×70/64高頻率條紋I9-I12條紋寬度P320×70/59頻率比值為70:64:59確保外差后等效波長足夠大避免相位歧義。條紋生成公式與GrayCoding類一致均為余弦函數(shù)映射輸出12幅BMP圖像I1.bmp~I12.bmp分辨率1000×1000。2. 相位解碼SolvePhase()方法輸入為12幅條紋圖像向量fringes輸出絕對相位圖phase流程分4步計算三組包裹相位對每組四步相移條紋I1-I4、I5-I8、I9-I12分別用“四步相移公式”計算包裹相位phi1、phi2、phi3范圍0-2π。兩次外差縮小等效波長- 第一次外差phi12phi12 phi1 - phi2等效波長L12 P1×P2/(P2-P1)- 第二次外差phi23phi23 phi2 - phi3等效波長L23 P2×P3/(P3-P2)- 第三次外差phi123phi123 phi12 - phi23等效波長Leq L12×L23/(L23-L12)Leq遠(yuǎn)大于原始波長消除相位歧義。計算條紋周期數(shù)k基于外差相位phi123和phi12通過波長比例關(guān)系計算基礎(chǔ)頻率條紋的周期數(shù)k公式為k round( ((Leq/P1)×phase1/(Leq/L12) - phi1) / (2π) )phase1為phi12解包后的相位。求解絕對相位結(jié)合基礎(chǔ)包裹相位phi1與周期數(shù)k最終絕對相位公式為phase phi1 2π×k。三、主程序main.cpp功能作為系統(tǒng)入口串聯(lián)兩種算法的完整流程步驟如下相移格雷碼流程- 實例化GrayCoding對象GC調(diào)用GenerateFringe()生成10幅條紋圖像- 讀取生成的G1-G10圖像存入fringes向量- 調(diào)用SolvePhase()求解絕對相位結(jié)果存入phaseGC。三頻外差流程- 實例化MultiFrequency對象MF調(diào)用GenerateFringe()生成12幅條紋圖像- 清空fringes向量讀取生成的I1-I12圖像- 調(diào)用SolvePhase()求解絕對相位結(jié)果存入phaseMF。關(guān)鍵細(xì)節(jié)圖像讀取時通過cv::imread(imgpath, 0)以灰度模式加載并轉(zhuǎn)換為CV8UC1格式確保與算法輸入要求一致。四、系統(tǒng)特點與應(yīng)用場景1. 核心特點對比維度相移格雷碼結(jié)合法三頻外差法條紋數(shù)量10幅4相移6格雷碼12幅3組四相移解包依賴格雷碼二值分割需額外條紋頻率外差無需額外標(biāo)記適用場景中小范圍測量、對條紋數(shù)量敏感的場景大范圍測量、復(fù)雜表面如遮擋、反光場景精度中高精度依賴格雷碼位數(shù)此處為6位高精度等效波長可控外差后精度更高2. 應(yīng)用場景三維形貌測量如工業(yè)零件尺寸檢測、文物數(shù)字化建模光學(xué)相位分析如透明介質(zhì)折射率分布測量、流體流動可視化機器視覺如高精度定位、表面缺陷檢測基于相位差異識別缺陷。五、依賴與運行說明依賴庫OpenCV需支持cv::Mat、cv::imread、cv::imwrite等圖像操作函數(shù)編譯要求需將OpenCV庫路徑配置到項目中確保GrayCoding.h、MultiFrequency.h頭文件正確引用輸出路徑生成的BMP圖像與可執(zhí)行文件同級目錄相位圖phaseGC、phaseMF需自行添加顯示/保存代碼當(dāng)前代碼未包含相位圖輸出可通過cv::imwrite擴展。