激光全息干涉条纹的计算机数字图像处理

本文就激光全息干涉条纹的背景噪音的消除、图像对比度增强的技术与方法 ,进行了研究与探讨 ,从而实现对全息干涉条纹进行细化 ,获得清晰的易于计算机辨读的细化条纹     

干涉条纹中心线提取与细化的新方法

干涉条纹分析是光学干涉计量的重要分析方法,本文提出基于改进Yangtagai求极值点法与改进Hilditch细化法相结合的干涉条纹中心线提取与细化方法,该方法具有条纹断点少、抗噪声能力强以及处理速度快的特点。通过实验证实了本文提出方法的有效性。     

射流密度场激光双曝光全息干涉图像的后处理

由于闭口式风洞不能有效模拟在大气飞行的引信电机周围的流场,自行设计并建造了超音速射流吹风装置.采用激光双曝光全息干涉技术深入研究超音速射流吹风装置的流场结构并配合引信发电机外部流场的密度定量测量.在拍摄到了比较清晰的密度干涉条纹照片后,还要从图像的条纹中辨识出密度场等值线,才能利用干涉原理计算出当地条纹的密度.对图片条纹进行了辨识处理,并考虑到由于图像曝光程度的不同导致的图像左右部分亮度区别,设计了多重阈值的图像二值化处理算法.经检验,该图像的二值化处理结果与肉眼直接观察得到的条纹有良好的一致性和保真性.在随后处理过程中采用了一种按行的曲线像素搜索算法来细化二值化的干涉条纹,为以后从密度干涉条纹中提取射流密度场的程序化后处理工作打下了基础.若要完全实现密度场的自动提取,还有大量的后续工作有待开展.     

条纹图像相位提取方法研究

条纹图像的相位提取在现代干涉测量中起着十分重要的作用。从算法原理、研究现状和适用范围等几个方面对比分析了现有的几种条纹图像的相位提取方法,包括相移法、载波法和基于经典算法的相位提取方法。经分析发现,相移法理论上具有较高的解调相位精度,但需获得多幅不同相位的条纹图和保持机械稳定性,这使得其只适用于静态或准静态干涉测量;而在瞬态或动态干涉测量中,载波法能从单幅图像中获得相位,自动化程度高,且对外界环境要求低,适用于开放条纹;基于经典算法的相位提取方法通过评价函数的设计及参数优化来获得相位,但处理时间相对过长,适用于封闭条纹。综合分析,载波法具有更广泛的应用前景。     

基于CCD的莫尔条纹图像频域处理研究

面阵CCD采集双光栅干涉产生的莫尔条纹二维图像,进行扭转角测量.采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别在频域进行快速傅立叶变换,对比分析频域图像,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息.分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中噪声,获得莫尔条纹有效信息.实验结果表明,莫尔条纹的频域处理远高于空域处理的精度,使扭转角测量精度达到1.2″.     

一种基于曲线拟合提取干涉条纹中心点的新方法

介绍一种提取干涉条纹中心点的边界法向曲线拟合法。根据干涉条纹灰度分布规律，首先对干涉图像依次进行二值化处理和边缘提取，对所得到的条纹边缘进行曲线拟合，计算边缘上各点法线方向；再根据条纹灰度余弦分布特点，对法线方向上的条纹灰度数据进行最小二乘法拟合，求出极值点位置；进而获得条纹中心点坐标。该方法具有精度高、抗干扰的特点，不仅适用于平行直线型条纹图像，而且对含闭合条纹的复杂干涉图像同样适用。     

镜面热变形干涉图像处理的数学形态学新方法

叙述了在强激光系统中,激光腔镜热畸变的干涉测量和对其干涉图像数字化处理的一种新方法. 激光腔镜在激光的辐射下,其面形会发生畸变,从而引起激光光束质量下降.为了对这些畸变进行确切的评价和探测,本文使用CO2激光照射所研究的镜片,采用泰曼干涉仪产生干涉图,用CCD拍摄镜面热变形的动态过程中每一时刻产生的干涉条纹,实时探测镜片面形的热畸变规律和大小. 着重叙述了数学形态学在条纹细化方面的应用,数学形态学是20世纪80年代发展起来的一门新兴学科,在图像处理方面有着独特的优点.它以几何形态为基础对图像进行分析,能够更精确地得到条纹的中心.本文提出了一种用于干涉图像细化的结构元素,在形态学击中击不中运算的作用下,产生出了整齐、定位准确的细化图像,而且提高了条纹细化的速度. 最后给出了发生畸变前后的干涉条纹和经过上述数字化处理后的等位相线条的等高线图.表明本文所述测量方法能模拟激光腔镜热变形检测,同时,本文的图像处理方法提高了条纹判读精度,为镜面畸变的精确测量打下了基础.(PH11)     

一种区域搜索获取平面光学元件光圈数的方法

提出一种获取平面光学元件光圈数的方法.通过确定一幅干涉条纹图像中三块测试区域及相应的搜索区域,寻找条纹弯曲量的平均值和相应条纹间距的平均值,根据测试区域对应的权重系数,得到被测平面光学元件光圈数的最佳估计值.通过测量标准光圈并比较目视判读结果,得到最大相对误差为5%.实验结果表明,该方法提高了处理干涉条纹图像的适应性,并可替代人工目视判读干涉条纹图像.     

高精度激光干涉条纹中心及半径提取的方法研究

激光干涉条纹中心及半径的检测是光学测量中的关键技术。针对传统的检测方法不能实现高精度、自动化、实时性的缺点,提出了利用数字图像处理技术来提取激光干涉条纹的中心及半径的方法。该方法通过滤波、二值化、细化及亚像素边缘检测等数字图像处理,利用最小二乘法来拟合干涉条纹的中心及半径。实验证明该方法可以检测亚像素级的条纹中心及半径,检测速度快,基本满足了实际应用中实时高精度的激光干涉测量。     

数字图像处理在三维轮廓形貌测量中的应用

在阐述移相干涉法测量物体三维轮廓基本原理的基础上，对测得的干涉图像进行预处理，并根据条纹扫描波面位相实时检测的数学模型对处理的图像进行计算和高通滤波后，得到了高精表面粗糙度样块的三维轮廓形貌，很好的解决了表面粗糙度三维测量的问题。     

干涉直条纹周期测量及其在位相检测中的应用

干涉条纹周期是干涉精密测量中的一个较为重要的参数.为了可以简单快速而不失准确性地测量条纹周期,采用了图像处理实现干涉条纹周期测量的较为简单实用的算法.通过MATLAB平台设计相应的图像数据处理软件,分析影响条纹周期测量精度的因素,给出处理过程对条纹倾斜度的要求,并应用于相板的位相的定量检测,获得了相板的位相大小.结果表明,测量相位精度达λ/20～λ/50或π/10～π/25.这一结果对位相物体的厚度和折射率的测量有很大的帮助.     

激光回馈纳米级宽度干涉条纹

一般的干涉现象为“反射镜每移动半个波长,出现一个干涉条纹”。介绍了利用激光回馈获得纳米级宽度干涉条纹的方法。系统构成:He-Ne激光器,使用近于全反射的球面介质镜作激光器的回馈镜,且该回馈镜法线和激光束夹分量级的小角度。回馈镜沿激光束位移移动时,激光器的功率发生周期类正旋波动,即产生回馈干涉条纹。回馈镜离激光器越近,条纹越窄,以至于半波长位移中出现40个条纹。对波长为632.8 nm的He-Ne激光器而言,每个条纹宽度为7.91 nm。同时,当回馈镜的运动方向发生变化时,激光的偏振态将在两个正交的方向之间发生跳变。利用此效应,可以实现纳米分辨位移测量和回馈镜运动方向的识别。     

红宝石激光单脉冲全息照像出现干涉条纹的讨论

本文指出调Q红宝石激光器的单纵模选择是非常困难的。若激光器的两个相距较远的纵横同时振荡,纵虽用单脉冲一次照全息像,在其再现像上也会有干涉条纹出现。这种全息干涉条纹的出现实际上是相干长度呈现周期性的表现。只要采取相应措施保证单纵模运转,就可以消除这种现象。本文还指出提高相干度的办法。     

激光剪切干涉系统的设计与应用

针对以光相干为基础的无损、非接触测量研究,利用沃拉斯顿棱镜(Wollaston prism,WP) 作为剪切元件,设计了共光路激光剪切干涉的方法并组建系统。本文详细分析了其各个部件对所得干涉条纹成像质量的影响,得到了获取最优干涉条纹所需要满足的一系列条件。随后利用组建的系统获得了透明方腔内流体在温度梯度作用下的对流涡胞结构以及温度分布情况,初步验证了该系统在此研究领域应用的可行性。在以上研究的基础上,配合图像处理及迭代算法技术,该系统在三维场的重建中有较大的应用前景。     

红宝石激光单脉冲全息照像出现干涉条纹的讨论

本文指出调Q红宝石激光器的单纵模选择是非常困难的。若激光器的两个相较透的纵模同时振荡,纵然我们用单脉冲一次照全息像,当再调时也会有干涉条纹出现。本文指出干涉条纹的出现实际上是相干长度呈周期性的表现。只要采取相应措施保证单纵模运转,就可以消除这种现象。本文还指出了提高相干长度的办法。     

激光淬火过程中光的干涉和衍射结构的热作用研究

为提高激光热处理的质量,国内外利用光束分割再重新复合的方法,研究成功不少光学系统.由于激光是高相干光,光的干涉及衍射结构使复合光斑的功率密度分布复杂化,严格研究热处理过程中光与材料的相互热作用变得非常困难.在文献[1]中,我们从一个简单的光学系统研究出发,从理论上证明,当光的干涉和衍射条纹的间距相较于作用光斑的尺寸而言甚小时,可以忽略这些条纹结构对金属材料热处理的影响,并可以利用几何光学所预言的激光功率密度分布来进行有关的热学计算,为使这个结论更具有一般性,本文导出便于使用的判断光的干涉及衍射结构的热影响可否忽略的表达式,同时给出实验结论.     

双功率谱干涉实现图像识别

提出一种新的图像识别方法 ,直接利用输入图像和参考图像的联合变换相关功率谱进行双功率谱干涉 ,不需要特殊的光学元件 ,也不需要对功率谱进行调制和改造。实验表明 ,相同图像的双功率谱干涉出现明显的条纹 ,而不同图像则几乎不出现干涉条纹。     

激光电视的消干涉

由于背景干涉条纹的影响,在激光视频显示系统中,通常获得的激光视频图像不仅对比度降低,而且像质较差.通过采用多像素扫描法,成功地突破了投影显示方式的技术瓶颈,消除了这种显示方式产生的干涉条纹,使激光显示与传统显示方式相比在像质上有了很大的提高.通过对激光显示过程中激光形成干涉机制的深入分析和研究,提出了"多像素扫描法",并设计了相关装置.该方法既可以用来实现投影显示,又可用来消除激光干涉.多像素扫描法既克服了扫描式激光显示的技术缺陷又解决了投影式存在的激光干涉条纹问题,获得了很好的显示效果.实践表明,该方法为激光显示研究提供了一种切实可行的方法.     

一种基于Abel变换的温度场重建方法

光学干涉测量通常以干涉条纹的形式显示被测对像的信息,如何从干涉条纹中获得被测流场的投影数据是重建流场的首要问题;本文提出获取流场折射率投影数据的一种方法,该方法是根据干涉条纹位移量和折射率的Abel变换关系式,将被测流场分割成不等间距的若干个圆环,使得在每一个分割间距内恰出现一条条纹,则条纹密集处获得数据点多,保证了重建的精度;通过计算机模拟验证了该方法不仅简单易行,而且获取的折射率分布的精度高;最后将该方法应用到轴对称温度场中,由折射率重建了三维温度分布。