干涉条纹图数字图像处理
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干涉条纹图的数字图像处理
滤波
由于CCD拍摄的图像中存在很大的噪声,滤除噪声的干扰对后 期的处理相当重要。由于噪声的多样性,本文采用W iener自适应滤 波",W iener自适应滤波根据图像的局部方差来调整滤波器的输出。 当局部方差大时,滤波器平滑效果强。
对灰度图中的每一个像素点/(门),W ienci•滤波器采用的算法首
先估计出像素的局部矩阵“和方差
(1)
〃是图像中每个像素的MxN的邻域。个像素利用W icnc旎波器
估计出其灰度值:
b(i,j)=“+ — (M,丿‘)一“) (3 )
式中:,是图像中噪声的方差。
细化处理
对滤波后的图像先进行二值化,并对二值化的干涉条纹进行细化 处理Y干涉条纹的细化难点在于解决骨架的抽取,防止断点出现和 剔除毛刺。基于以上的考虑,木文利用数学形态学门中的零交叉细化 法来进行图像的细化。其优点是对条纹的平滑和骨架抽取同时进行, 并且可以有效地防止分支和解决易产生断点的问题,其算法如下。
图1所示为图像中的一个3x3区域,各点标记名称为 (2) 文档从网络中收集,已重新整理排版.word版本可编辑•欢迎下载支持.
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出,…,&,,其中A位于中心,若呂=1 (即黑点),下而4个条件如 果同时满足,则删除川斥=0)。
2 5NZ(P)5 6
ZO(R)= 1 (4)
P2xPAxPs= 0 或者ZO(£)H1
P2xP4xPb= 0 或者 Z0(马)Hl
图1图像区域
根据上而的算法,对图像中的每一点重复这一步骤,直到所有的 点都不可删除为止,图像便可得到细化。
13亚像素边缘检测
对细化后的图像利用Zemike正交矩"对边缘进行亚像素定位。
Zemike矩是积分型算子,对噪声不敏感,建立理想的阶跃边缘模型 如图2所示。
图2理想阶跃边缘模型
图2中:b为单位圆内的背景灰度、h为阶跃高度,;L为边缘上的 直线,;a为圆盘中心到边缘的垂直距离,'c为边缘与x轴所成的角 度。Zemike矩的多项式定义为
匕血,&)=心”严 (5)
式中:陰是Zemike矩的正交多项式。
图像/(x,y)的二维Zemike矩在的条件下可表示为
乙””=222L ,M (P &) ( 6)
x y
对于一幅大小NxN的数字离散化二维图像的Zem ike矩可以表
示为 文档从网络中收集,已重新整理排版.word版本可编辑•欢迎下载支持.
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— 1 丿,V.l y.l
亚像素边缘检测公式中只用了血”久M如它们对应的积分核函数 分别为VQO = 1, VH =x+jy ,V20 = 2x2+2y2 +1 o。图像旋转前后 f 口,血关 系式可以表达为A oo = /400,Aii = Anej0, A 20 =
A20。对于图像中的每—个像
素点计算出其边缘参数d,h,b,e°取阶跃灰度阂值。和距离5进行阂 值处理,当|An|>r,心=沧时,被检测的点即为亚像素边缘点。 亚像素边缘检测公式可以表达为$‘]=$]+0
L儿」卜」Lsin。」
14应用最小二乘法拟合激光干涉条纹中心及半径
根据最小二乘原理I】圆拟合方法来拟合激光干涉条纹的轮廓。圆
心坐标为3上),半径为r的圆方程可表示为
(x-af + (y-^)2 = f2 (9)
令残差为
坊=(兀-+(X ~^)2 -/ (10)
式中:i已E,E为所有边界的集合;(.WJ为图像边界点的坐标。
残差平方和函数为
d2 (11) • • I r
根据最小二乘原理,应有:
尘生么。 (12) da db dr
=2工[(A; - d)2 + (x - 疔-斥]• (一 2)(兀 - a) = 0
i
=2》[(兀 -")'+(X -血一厂]・(-2X)1 ") = 0 ( 13) f
譽=2工[U -汀 +(X - 疔-尸]• (一 2” = 0
小―工并丼N (14) (7) 文档从网络中收集,已重新整理排版.word版本可编辑•欢迎下载支持.
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k i >
式中:N表示图像的所有边界点个数。
由式(14)便可算出圆环参数a,b,r为
由最小二乘原理圆拟合方法推导的激光干涉条纹中心及半径的 检测算法虽然形式复杂,但仅对边界点循环一次就可计算出各参数, 较为复杂的根方运算只是在计算出中心后求半径时计算一次,因此整 个算法的计算速度将会很快。
2实验结果及分析
为了验证方法的有效性,木文进行了大量的验证试验,试验是在
Pentnm 4 CPU >9 3 00 GH.内存为512MB的计算机上进行的,编程 语言为 V isual C++6 0}
采用CCD拍摄干涉条纹图像,经图像卡输入计算机,在屏幕上 可显示放大的干涉条纹图像如图3a所示,条纹的标准中心位置为(56,
84),单位为像素,图31)为滤波后的干涉条纹,可以明显看出,原 图像噪声己经剔除,并得到了清晰的干涉条纹。由于拍摄图像的边缘 条纹不完整,灰度变化大,细化后很难保存完整的条纹,而中间条纹 细化后保存完好,减少了分叉,得到了单像素的条纹,因此本文只处 理0- 4级条纹。利用最小二乘法拟合激光干涉条纹的中心及各级半 径,对图像拟合100次取平均得到的结果如表1所示,算法运行时间 如表2所示。
由表1可以看出,利用本文提出的方法来检测干,涉条纹的中心 及半径,其中心像素误差低于0 5个像素,测量精度能够达到亚像素 级。由表2可以看出算法所需时间平均在100ms以下,基本可以达 到实时要求。 文档从网络中收集,已重新整理排版.word版本可编辑•欢迎下载支持.
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表1干涉条纹中心及半径测量结果
全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验
全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验
张亚星;赵鹏;张洁;苗明川
【摘 要】阐述了全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温原理,并在20~40 ℃对测温系统进行了标定.利用Matlab数字图像处理技术对温度干涉条纹图像进行处理,设计了计算条纹移动数目的程序.通过测温实验对条纹记数程序进行了检验,有较好的准确度.
【期刊名称】《物理实验》
【年(卷),期】2010(030)009
【总页数】4页(P43-46)
【关键词】马赫-曾德尔干涉仪;温度测量;Matlab;数字图像处理
【作 者】张亚星;赵鹏;张洁;苗明川
【作者单位】北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191;北京航空航天大学,物理科学与核能工程学院,北京,100191
【正文语种】中 文
【中图分类】O436.1;TP212.11
随着光纤技术的广泛应用,光纤传感技术得到迅速发展.相比传统的机电传感,光纤传感具有抗电磁干扰、耐腐蚀、重量轻、体积小、在易燃易爆的环境下安全可靠等优点,在微位移及振动测量、电信号测量、声传感等领域有着广泛的研究[1-4].光纤温度传感是光纤传感技术的重要应用,其中基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度测量具有精度高、制作成本低和易于调整等特点,具有广泛的应用价值.对马赫-曾德尔干涉场的测量有2种方法:一是使用光功率计探测空间光场的变化[5],该方法需要较繁杂的后续信号处理系统,成本较高;二是利用数字图像处理技术[6]或者人眼观测[7]直接对干涉条纹的移动进行分析,该方法大大降低了系统成本,且能够更加直观地观测到温度变化对干涉条纹的影响.本文基于后者,运用CCD摄像采集干涉条纹图像,通过Matlab数字图像处理技术对图像进行处理,分析条纹移动的数目和方向,编写条纹移动计数的程序,实现对温度的测量.
全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验 2
第3O卷 第9期 2010年9月 物 理 实验 PHYSICS EXPERIMENTATIoN Vo1.3O NO.9 Sep.,2010
学
生
园
地 全光纤马赫一曾德尔干涉仪的测温实验
张亚星,赵 鹏,张 洁,苗明川
(北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191)
摘 要:阐述了全光纤马赫一曾德尔干涉仪的测温原理,并在20 ̄40℃对测温系统进行了标定.利用Matlab数字图 像处理技术对温度干涉条纹图像进行处理,设计了计算条纹移动数目的程序.通过测温实验对条纹记数程序进行了检
验,有较好的准确度. 关键词:马赫一曾德尔干涉仪;温度测量;Matlab;数字图像处理
中图分类号:0436.1;TP212.11 文献标识码:A 文章编号:1005—4642(2010)09—0043—04
l 引 言
随着光纤技术的广泛应用,光纤传感技术得
到迅速发展.相比传统的机电传感,光纤传感具
有抗电磁干扰、耐腐蚀、重量轻、体积小、在易燃易
爆的环境下安全可靠等优点,在微位移及振动测
量、电信号测量、声传感等领域有着广泛的研
究L1 ].光纤温度传感是光纤传感技术的重要应
用,其中基于全光纤马赫一曾德尔干涉仪的温度测
量具有精度高、制作成本低和易于调整等特点,具
有广泛的应用价值.对马赫一曾德尔干涉场的测
量有2种方法:一是使用光功率计探测空间光场 的变化l_5],该方法需要较繁杂的后续信号处理系
统,成本较高;二是利用数字图像处理技术【6 或者
人眼观测[7 直接对干涉条纹的移动进行分析,该
方法大大降低了系统成本,且能够更加直观地观
测到温度变化对干涉条纹的影响.本文基于后
者,运用CCD摄像采集干涉条纹图像,通过Mat—
lab数字图像处理技术对图像进行处理,分析条纹
移动的数目和方向,编写条纹移动计数的程序,实
现对温度的测量.
2温度测量系统
2.1 测温原理
将650 nm,2 mw的氦氖激光经分束镜分成
干涉测量波面重构 DCT 算法研究
干涉测量波面重构 DCT 算法研究
王永伟;艾华;卓仁善;曹艳波
【摘 要】采用一种空间移相干涉仪测量凹形非球面反射镜光学表面,使用偏振元件和多幅图像同步采集实现移相,并对测量得到的干涉条纹采用基于离散余弦变换的相位解包裹算法,对不连续相位分布采用非加权的最小二乘法进行优化目标函数,最终重构出被测光学表面的面形。这种结构形式的干涉仪具有一定的抗振能力,同时在数字图像处理上优化了算法,能够快速稳定地得到被测面形,而且对硬件要求不高。结果表明:这种算法能够适用于非实验室条件下的光学测量,在一定干扰条件下可以达到较高的测量精度。%We use a type of interferometer with space
phase-shifting technique to measure the optical surface of the concave
aspheric mirror in this paper.By using polarized elements and multi-image
collected in syn-chronism we implement the phase-shifting process, and
we adopt the phase unwrapping algorithm based on dis-crete cosine
transform( DCT) onto the interferograms that we measured.For the
discontinuous phase distribu-tion, we adopt the un-weighted least square
method to optimize the objective function, and finally reconstruct the
wavefront surface of the measured optical surface .This type of
绘制牛顿环干涉条纹图
绘制牛顿环干涉条纹图
x=linspace(-0.003,0.003,300);
y=linspace(-0.003,0.003,300);
[X,Y]=meshgrid(x,y);
r2=X.^2+Y.^2;
I=abs(sin(pi*r2/0.855/0.0000005893)).^2;
imshow(I)
空气膜厚度连续变化时的动态仿真
x=linspace(-0.003,0.003,300);
y=linspace(-0.003,0.003,300);
[X,Y]=meshgrid(x,y);
r2=X.^2+Y.^2;
F=moviein(50);
for j=1:51
I=abs(sin(pi*r2/0.855/0.0000005893+2*pi*(j-1)*0.04/0.5893)).^2;
imshow(I);
F(j)=getframe;
end
movie(F,10)
movie2avi(F,'example');
思考题2
x=linspace(-0.003,0.003,300);
y=linspace(-0.003,0.003,300);
[X,Y]=meshgrid(x,y);
r2=X.^2+Y.^2;
F=moviein(50);
for j=1:51
I=abs(sin(pi*r2/0.855/0.0000005893+2*pi*(51-j)*0.04/0.5893)).^2;
imshow(I);
F(j)=getframe;
end
movie(F,10)
movie2avi(F,'example');
【国家自然科学基金】_条纹图_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
序号科研热词推荐指数序号科研热词1等差线21傅里叶变换2骨架线12三维面形测量3饱和度13相位轮廓术4非线性14干涉条纹5连续小波变换15小波变换6质扩散系数16光线追迹7莫尔条纹17光学测量8结构光投影系统18傅里叶变换轮廓术9相移法19傅里叶光学10相干组束110驱动11相位误差111频谱混叠12相位恢复112面结构光13爆轰过程113面内位移14激光技术114非球面镜15流水线115重建16水溶液116采集17条纹图117速度场18条纹分析118调制度测量轮廓术19显微干涉法119计量学20数字激光全息干涉法120莫尔条纹21数字实时全息121经验模态分解22数字图像处理122细胞神经网络23数字信号处理123离面位移24应变场124相移25干涉条纹125相位追踪26干涉图126爆破扰动机理27嵌入式系统127爆炸力学28展开相位拐点128激光等离子体电子密度29定向载波129激光全息干涉30孔洞干涉130浓度场31同心圆光栅131水中物体32冲击132气泡33光纤激光阵列133正弦光栅34光弹性试验134条纹反射35光弹性135条纹分析36光学测量136条纹丢失37傅里叶变换轮廓术137显微干涉法38位移测量138数据处理39位相检测139数字散斑干涉法40三维数字成像140数字图像处理41三维形貌141投影42talbot自成像142投射器43lab颜色空间143手机芯片44kcl144微梁45微机电系统46彩色编码47彩色双通道48干涉测量49干涉条纹中心线50岩爆51层析52小波变换轮廓术2008年2009年53多分辨率分析54声光偏转器55同步56动光弹57冲击波58光学系统设计59信息光学60三维重建61三维形貌62三维传感63piv64mexican hat小波65lamb模型66insar67abel逆变换
干涉条纹图数字图像处理
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1格式已调整,word版本可编辑. 干涉条纹图的数字图像处理
滤波
由于CCD拍摄的图像中存在很大的噪声,滤除噪声的干扰对后期的处理相当重要。由于噪声的多样性,本文采用W iener自适应滤波【】,W iener自适应滤波根据图像的局部方差来调整滤波器的输出。当局部方差大时,滤波器平滑效果强。
对灰度图中的每一个像素点jif,, W iener滤波器采用的算法首先估计出像素的局部矩阵和方差2:
jijifMN,,1 (1)
2,22,1jijifMN (2)
是图像中每个像素的NM的邻域。个像素利用W iene旎波器估计出其灰度值:
jifjib,,222 (3)
式中:2是图像中噪声的方差。
细化处理
对滤波后的图像先进行二值化,并对二值化的干涉条纹进行细化处理【】。干涉条纹的细化难点在于解决骨架的抽取,防止断点出现和剔除毛刺。基于以上的考虑,本文利用数学形态学【】中的零交叉细化法来进行图像的细化。其优点是对条纹的平滑和骨架抽取同时进行,并且可以有效地防止分支和解决易产生断点的问题,其算法如下。
图1所示为图像中的一个3x3区域,各点标记名称为文档从网络中收集,已重新整理排版.word版本可编辑.欢迎下载支持.
2格式已调整,word版本可编辑. 9321,,,,PPPP,,其中1P位于中心,若11P(即黑点),下而4个条件如果同时满足,则删除011PP。
10Z010010624642284211PPPPPZPPPPZPNZ或者或者 (4)
云纹干涉法中干涉条纹的计算机自动识别研究
第24卷第4期 2006年8月 江 西 科 学
J IANGXI SCIENCE Vo1.24 No.4 Aug.2006
文章编号:1OO1—3679(2OO6)O4一O17O—O5
云纹干涉法中干涉条纹的计算机自动识别研究
张宸宇,严超华
(南昌航空工业学院测试技术与控制工程系,江西南昌330034)
摘要:将数字图像处理技术运用于云纹干涉图片中干涉条纹的处理,首先通过去噪、二值化操作,然后通过细 化二值图,将黑色条纹细化成条纹中间的单像素散点,运用Hough变换将散点拟合成连续的直线,最后通过 膨胀,将直线中问的“气泡”填充,并再次运用细化原理,将填充后的黑色条纹细化成连续的单像素宽度条纹, 通过嫡制相关程序,用计算机成功的检测出图片中干涉条纹的数目。与传统人工判读条纹数目相比,本方法 完全自动化,很大程度上促进了云纹干涉法的向前发展。 关键词:云纹干涉lHough变换l细化;膨胀 中图分类号:TP751.1 文献标识码:A
Researching of the Computer Distinguish Interferometry Fringe
Automatically from the Fringe Pattern in Laser Moir6 Interferometry
ZHANG Chen-yu,YAN Chao—hua
(Nanchang Institute of Aeronautical Technology,Jiangxi Nanchang 330034 PRC)
Abstract:Digital Image Processing was used in laser moir6 interferometry method.The arith—
metic includes noise extraction of image and gray image binarization at first,then thinned the
自准直仪原理
自准直仪原理
自准直仪是一种用于测量和调整光学元件的仪器,它能够确保光学系统中的元件处于准确的位置和角度,以保证光路的精确性和稳定性。自准直仪原理是指利用自准直仪进行光学元件的调整和校准所依据的基本原理和方法。下面将详细介绍自准直仪的原理及其应用。
首先,自准直仪的原理是基于光学干涉的原理。当自准直仪的测量光束与被测元件的表面相交时,会产生干涉条纹。通过观察和分析这些干涉条纹的变化,可以确定光学元件的位置和角度是否准确,从而进行调整和校准。
其次,自准直仪原理还涉及到光学元件的反射和折射特性。不同材料和表面状态的光学元件在光束的反射和折射过程中会产生不同的干涉效应,利用自准直仪可以对这些效应进行精确的测量和分析,从而实现光学元件的精确定位和角度调整。
另外,自准直仪原理还包括了光学系统的稳定性和环境因素的影响。光学系统在不同的环境条件下会受到温度、湿度、气压等因素的影响,这些因素会导致光学元件的位置和角度发生变化。自准直仪通过实时监测和反馈调整,可以对这些变化进行及时的补偿和修正,确保光学系统的稳定性和精度。
最后,自准直仪原理还涉及到数据处理和分析的方法。通过对自准直仪采集到的干涉条纹图像进行数字化处理和分析,可以得到光学元件的位置和角度信息,进而进行自动化的调整和校准。这些方法包括数字图像处理、信号处理、模式识别等技术,为自准直仪的精确度和效率提供了强大的支持。
综上所述,自准直仪原理是基于光学干涉、反射和折射特性、系统稳定性和数据处理分析等多方面的原理和方法。通过对这些原理的深入理解和应用,可以实现光学元件的精确定位和角度调整,保证光学系统的精确性和稳定性,为光学测量和调整提供了重要的技术支持。
数字干涉测量实验报告(3篇)
第1篇
一、实验目的
1. 了解数字干涉测量的基本原理和方法。
2. 熟悉数字干涉测量系统的组成和操作。
3. 通过实验掌握数字干涉测量技术在光学测量中的应用。
二、实验原理
数字干涉测量技术是一种基于光学干涉原理的测量方法。当两束相干光波相遇时,会发生干涉现象,形成干涉条纹。通过测量干涉条纹的变化,可以确定光波相位的变化,从而实现对物体尺寸、形状、折射率等参数的测量。
本实验采用数字干涉测量系统,利用电荷耦合成像器件(CCD)作为记录介质,数字化记录全息干涉条纹,用计算机模拟数字重现的方法代替传统光学对所记录的物场进行再现和处理。
三、实验仪器与设备
1. 数字干涉测量系统
2. 光源(激光器)
3. 分束器
4. 反射镜
5. 支架
6. 计算机及相关软件
四、实验步骤
1. 系统搭建:按照实验要求,搭建数字干涉测量系统,包括光源、分束器、反射镜等。
2. 参数设置:根据实验要求,设置光源的波长、分束器的角度、反射镜的位置等参数。
3. 干涉条纹记录:打开数字干涉测量系统,调整系统参数,使干涉条纹清晰可见。利用CCD记录干涉条纹图像。 4. 数据处理:将干涉条纹图像导入计算机,利用相关软件进行数据处理。包括条纹分析、相位提取、尺寸测量等。
5. 结果分析:对测量结果进行分析,评估实验精度和可靠性。
五、实验结果与分析
1. 干涉条纹分析:通过分析干涉条纹图像,可以看出干涉条纹的分布规律和变化趋势。
2. 相位提取:利用软件对干涉条纹进行相位提取,得到相位分布图。
3. 尺寸测量:根据相位分布图,可以计算出物体的尺寸、形状等参数。
4. 实验误差分析:分析实验过程中可能存在的误差来源,如系统误差、随机误差等。
六、实验结论
1. 数字干涉测量技术具有高精度、高分辨率、非接触等优点,在光学测量领域具有广泛的应用前景。
2. 本实验成功实现了数字干涉测量,验证了实验原理和方法的可行性。
3. 通过实验,掌握了数字干涉测量系统的操作和数据处理方法,提高了自己的实验技能。
散斑干涉实验
数字散斑干涉法测量横梁的面内位移
摘要:运用数字散斑干涉法研究横梁的面内位移。数字散斑计量采用CCD记录数字散斑图,因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。数字散斑计量除了可以采用相加模式外,还可以采用相减模式。采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
关键词:数字散斑干涉法,面内位移,散斑图。
20世纪70年代采用光电子器件(摄像机)代替全息地底片记录散斑图并存储在磁带上,由摄像机输入的物体变形后的散斑图通过电子处理方法不断与磁带中存储的物体变形前的散斑图进行比较后显示器上显示散斑干涉条纹,这种方法称为电子散斑干涉法。
进入20世纪80年代,随着计算机技术、电荷耦和器件和数字图像处理技术的快速发展,散斑计量技术进入了数字化时代,出现了数字散斑干涉法。数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像,通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。目前,数字散斑干涉已经取代了电子散斑干涉法。
另外,随着计算机技术,光电子技术与图像处理技术的发展,出现了数字散斑相关技术。同时,基于散斑计量技术,还出现了粒子图像测速技术。数字散斑计量的基本原理与传统散斑计量(也称为光学散斑计量)相同,差别主要表现在传统散斑计量由于采用全息底片记录散斑图,因此需要进行显影和定影等冲洗过程。另外,传统散斑计量只能采用相加模式,因此必须进行滤波处理,以便消除直流分量从而显现干涉条纹。而数字散斑计量由于采用CCD记录数字散斑图,因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。另外通过CCD记录的物体变形前后的数字散斑图可以存储咋同一帧存中,也可以存储在不同的帧存中,因此数字散斑计量除了可以采用相加模式,还可以采用相减模式或相关模式。采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
目前该技术可进行变形、振型、形状、温度分布和无损检测等方面的测量,建筑物现场监测、复合材料的无损检测、焊缝质量检测、表面粗糙度检测等方面的研究都有过详细的报道。总之,该技术在航空航天、轮机工程、土木电子及生物医学等领域的测试中有非常重要的地位。
