專利名稱：一種基于二維圖像的低相干干涉中心條紋的提取裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低相千干涉中心條紋信息的提取裝置及方法，更特別地說，是指
一種利用CMOS相機(jī)進(jìn)行圖像采集，然后采用條紋輪廓面積比較進(jìn)行的低相千千涉
中心條紋的提取裝置。
背景技術(shù)：
光的千涉測(cè)試本質(zhì)是以光波的波長(zhǎng)作為單位迸行計(jì)量的，傳統(tǒng)的千涉計(jì)量主要檢 測(cè)的是千涉條紋，通過檢測(cè)條紋位置、形狀、間距等的變化，精確測(cè)定一些物理量的 微小量值。在這些測(cè)量系統(tǒng)中，最常使用的是以各類單，莫或窄頻帶相千激光設(shè)備作為 光源的測(cè)量系統(tǒng)；其中，激光要求光學(xué)元件具有極髙的精確性，往往使系統(tǒng)更為復(fù)雜； 所以，這類系統(tǒng)對(duì)溫度、濕度、壓力等外界環(huán)境要求苛刻，當(dāng)以上條件無法滿足時(shí)， 會(huì)使測(cè)量的精度、重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等難以保證。
現(xiàn)今，在低相千測(cè)量系統(tǒng)中，主要利用光電探淵器來進(jìn)行干涉信號(hào)的采集，即采 集到的千涉信號(hào)是一維信息。所以基于光電探測(cè)器的低相干測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)千涉信號(hào) 的處理主要是對(duì)一維信息的處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的低相干千涉中心條紋的提取 裝置,該裝置由低相千光源、3dB光纖耦合器、第一 光纖、第二單模光纖、CMOS 相機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。該計(jì)箅機(jī)系統(tǒng)由計(jì)紫機(jī)以及在計(jì)箅機(jī)中存儲(chǔ)有低相干千涉中 心條紋提取t莫塊形成。
本發(fā)明的目的之二是提出一種基于二維圖像的低相千干涉中心條紋的提取方法， 該方法首先采用逼近方法獲得二維圖像的條紋輪廓信息，然后對(duì)條紋輪廓信息進(jìn)行面 積比較，并應(yīng)用輪廓坐標(biāo)關(guān)系式最終得到低相千干涉中心條紋信息。
在本發(fā)明中，所述的低相干干涉中心條紋提取模塊包括有二值化圖像單元、輪廓 提取單元、輪廓面積比較單元和參考點(diǎn)坐標(biāo)解析單元。
4本發(fā)明裝置的優(yōu)點(diǎn)在于
(A) 采用CMOS相,行光信息的獲取，改變了傳統(tǒng)采用光電探測(cè)器進(jìn)行光信號(hào) 的轉(zhuǎn)換形式。
(B) 利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)成熟的計(jì)算能力和內(nèi)嵌在計(jì)箅機(jī)硬盤中的低相干干涉中心條 紋提取模塊，能夠有效地提取、跟蹤條紋圖像中的中心條紋，同時(shí)可獲取參考 點(diǎn)的坐標(biāo)并顯示。
(C) 采用CMOS相機(jī)與計(jì)箅機(jī)(該計(jì),內(nèi)存儲(chǔ)有低相干千涉中心條紋提取模塊) 相結(jié)合，抗電贈(zèng)千擾能力強(qiáng)，由于干涉條紋采集、處理部分不含有信號(hào)放大、 濾波等電路，所以抗電截干擾能力比較強(qiáng)。
本發(fā)明低相干千涉中心條紋的提取方法的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 與傳統(tǒng)的利用光電探測(cè)器進(jìn)行的光信息獲取更為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。
(2) 利用計(jì)箅機(jī)與低相千千涉中心條紋提取模塊相結(jié)合進(jìn)行低相干千涉中心條紋 提取，其湘量精度髙，把光強(qiáng)度信息轉(zhuǎn)化為圖像的亮度信息，很容易分辨出中 心條紋與士l級(jí)條紋，從而比較容易提取中心條紋；同時(shí)干涉信號(hào)處理過程更 加簡(jiǎn)單、直觀、快速，有效地提高了測(cè)量效率。
附閨說明


圖1是本發(fā)明基于二維圖像的低相干干涉中心條紋的提取裝置。 圖2是本發(fā)明兩個(gè)光纖與CMOS相機(jī)的鏡頭的間距示意圖。 圖3是本發(fā)明低相千千涉中心條紋提取模塊的界面示意圖。 圖4是本發(fā)明經(jīng)二值化處理后的具有中心條紋信息的黑白圖像。 圖5是本發(fā)明獲得具有輪廓信息條紋的黑白圖像。 圖6是本發(fā)明帶有條紋中心點(diǎn)標(biāo)識(shí)的黑白圖像。
圖中l(wèi).低相千光源 2.3dB光纖耦合器 3.第一^f莫光纖 4.第二輔 光纖 5，CMOS相機(jī) 6.計(jì)##1
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參見圖1、圖2所示，本發(fā)明是一種基于二維圖像的低相千千涉中心條紋的提取 裝置，該裝置由低相干光源1、 3dB光纖耦合器2、第一單模光纖3、第二單模光 纖4、 CMOS相機(jī)5和計(jì)箅機(jī)6構(gòu)成，其中，低相干光源l、 3dB光纖耦合器2、
5第一單模光纖3和第二INt光纖4形成光纖楊氏千涉儀，該光纖楊氏千涉儀即為被 測(cè)對(duì)象；所述的計(jì)算機(jī)6的硬盤中存儲(chǔ)有低相干千涉中A漆紋提取模塊，該低相千 千涉中心條紋提取模塊是在VC 6.0編譯環(huán)境下編寫的，基于OpenCV (open source computer vision library)實(shí)現(xiàn)的。在本發(fā)明中，基于此低相千干涉信號(hào) 二維圖像處理方法所編寫的低相干千涉條紋采集、處理軟件界面如圖3所示，它是 在VC 6.0編譯環(huán)境下，基于OpenCV (open source computer vision library) 實(shí)現(xiàn)的。界面的左半部分可以實(shí)時(shí)顯示采集到的條紋圖像(如圖6所示)，右半部 份可以顯示CMOS相機(jī)5抓拍的千涉條紋圖像并保存。當(dāng)采集到干涉條紋圖像后， 可以提取、標(biāo)識(shí)、，低相干條紋圖像中的中心條紋，可以獲取參考點(diǎn)坐標(biāo)值，該 參考點(diǎn)即為圖6中的圓圈。除此之外，此系統(tǒng)還可以設(shè)置圖像的大小、亮度以及把 采集到的條紋圖像保存成視頻。
在本發(fā)明中，計(jì)紫機(jī)6的最低配置為CPU2Gife，內(nèi)存2G5，硬盤180GS; 操作系統(tǒng)為windows 2000/2003/XP。
本發(fā)明的提取裝置中各部件的連接為(參見圖l、圖2所示)3dB光纖耦合器 2的A端與低相干光源1連接，3dB光,合器2的B端與第一雑光纖3的一 端連接,第一單模光纖3的另一端與CMOS相機(jī)5的鏡頭51之間留有間隙《(《 =2固 "w ) ， 3dB光纖齡器2的C端與第二單模光纖4的一端連接，第二單 模光纖4的另一端與CMOS相機(jī)5的鏡頭51之間留有間隙^ (d4 =2cw ~4cm ), CMOS相機(jī)5與計(jì)^L 6之間采用CMOS相機(jī)5自帶的USB數(shù)據(jù)傳輸線連接在 計(jì)算機(jī)6的USB接口上。第一單豐莫光纖3與第二單模光纖4的間距《S0.5/ / 。
本發(fā)明的提^置的光路為低相干光源1出射的中心波長(zhǎng)為820 WW 、線寬譜 為39.6"附、光功率為14w^的光經(jīng)3dB光纖耦合器2后分為兩束光， 一束光 經(jīng)第一單模光纖3后照射在CMOS相機(jī)5的鏡頭51上,另一束光經(jīng)第二胃光纖 4后照射在CMOS相機(jī)5的鏡頭51上，所述的兩束光在CMOS相機(jī)5中發(fā)生千 涉，形成低相干干涉條紋圖像輸出給計(jì)霧機(jī)6，計(jì)算機(jī)6中的低相千干涉中心條紋 提取模塊對(duì)接收的所述低相干千涉條紋圖像進(jìn)行中心條紋提取。
在本發(fā)明中，低相千千涉中心條紋提取^t夫包括有二值化圖像單元、輪廓提取單 元、輪廓面積比較單元和參考點(diǎn)坐標(biāo)解析單元。二值化圖像單元對(duì)CMOS相機(jī)5輸出的圖像采用二值化方法進(jìn)行處理后，獲得 二值圖像輸出給輪廓提取單元；所述的二值圖像是含有部分中心條紋信息的黑白圖 像，如圖4所示。
輪靡提取單元采用函數(shù)cvFindContours在二值圖像中尋找輪廓，然后將尋找 到的條紋輪廓(如圖5所示)輸出給輪廓面積比較單元；
輪廓面積比較單元對(duì)二值圖像中的所有條紋輪廓進(jìn)行二維面積的大小比較，從而 獲得面積最大的輪廓S ;
:=A + ^ +…+義w一i +
參考點(diǎn)坐標(biāo)解析單元采用二維輪廓關(guān)系式 w 對(duì)面積最大
的輪廓s進(jìn)行參考點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)箅，從而得到低相千千涉條紋的中心條紋信息，如圖
6所示，圖中圓圈即為低相千千涉條紋的中心條紋的標(biāo)識(shí)。 在二維輪廓關(guān)系式 W 中
少—--
;c表示圓心的橫坐標(biāo)； ^表示圓心的縱坐標(biāo)；
AT表示面積最大的輪廓S中的輪廓點(diǎn)的總數(shù)； ^表示在面積最大的輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第1個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)； X表示在面積最大的輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第1個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)； A表示在面積最大^(輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第2個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)； A表示在面積最大的輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第2個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)； ^M表示在面積最大的輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第^-l個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)； ,表示在面積最大的輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第AT -1個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)； ^表示在面積最大的輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第W個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)； 少w表示在面積最大的輪廓S的輪廓點(diǎn)中的第W個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)。 本發(fā)明的一種基于二維圖像的低相千千涉中心條紋的提取裝置及方法,發(fā)明人采 用CMOS相機(jī)進(jìn)行光信息的獲取，改變了傳統(tǒng)采用光電探測(cè)器進(jìn)行光信號(hào)的轉(zhuǎn)換 形式。利用現(xiàn)有計(jì),成熟的計(jì)算能力和內(nèi)嵌在計(jì)ML硬盤中的低相干千涉中心條 紋提取模塊，能夠有效地提取、自條紋圖像中的中心條紋，同時(shí)可獲取參考點(diǎn)的 坐標(biāo)并顯示。采用CMOS相機(jī)與計(jì),(該計(jì)箅機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有低相千千涉中心條紋 提取模塊)相結(jié)合，抗電磁干擾能力強(qiáng)，由于干涉條紋采集、處理部分不含有信號(hào) 放大、濾波等電路，所以抗電磁千擾能力比較強(qiáng)。
權(quán)利要求
1、一種基于二維圖像的低相干干涉中心條紋的提取裝置，其特征在于該裝置由低相干光源(1)、3dB光纖耦合器(2)、第一單模光纖(3)、第二單模光纖(4)、CMOS相機(jī)(5)和計(jì)算機(jī)(6)構(gòu)成；所述的計(jì)算機(jī)(6)的硬盤中存儲(chǔ)有低相干干涉中心條紋提取模塊，該低相干干涉中心條紋提取模塊是在VC 6.0編譯環(huán)境下編寫的，基于OpenCV實(shí)現(xiàn)的；3dB光纖耦合器(2)的A端與低相干光源(1)連接，3dB光纖耦合器(2)的B端與第一單模光纖(3)的一端連接，第一單模光纖(3)的另一端與CMOS相機(jī)(5)的鏡頭(51)之間留有間隙d3＝2cm～4cm，3dB光纖耦合器(2)的C端與第二單模光纖(4)的一端連接，第二單模光纖(4)的另一端與CMOS相機(jī)(5)的鏡頭(51)之間留有間隙d4＝2cm～4cm，CMOS相機(jī)(5)與計(jì)算機(jī)(6)之間采用CMOS相機(jī)(5)自帶的USB數(shù)據(jù)傳輸線連接在計(jì)算機(jī)(6)的USB接口上；第一單模光纖(3)與第二單模光纖(4)的間距d0≤0.5mm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維圖像的低相千千涉中心條紋的提取裝置，其特征 在于低相千光源(1)、 3dB光纖耦合器(2)、第一胃光纖(3)和第二^m 光纖(4)形成光纖楊氏千涉儀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維圖像的低相千干涉中心條紋的提取裝置，其特征在于低相千干涉中心條紋提取m^括有二值化圖像單元、輪廓提取單元、輪廓面積比較單元和參考點(diǎn)坐標(biāo)解析單元； 二值化圖像單，CMOS相機(jī)(5)輸出的圖mm用二值化方法進(jìn)行處理后， 獲得二值圖像輸出給輪廓提取單元；所逑的二值圖像是含有部分中心條紋信息的黑 白圖像；輪廓提取單元采用函數(shù)cvFindContours在二值圖像中尋找輪廓，然后將尋找 到的條紋輪廓輸出給輪廓面積比較單元；輪廓面積比較單元對(duì)二值圖像中的所有條紋輪廓進(jìn)行二維面積的大小比較，從而 獲得面積最大的輪廓S ;<formula>formula see original document page 2</formula>參考點(diǎn)坐標(biāo)解析單元采用二維輪廓關(guān)系式 w 對(duì)面積最大的輪廓s進(jìn)行參考點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)箅，從而得到低相干千涉條紋的中心條紋信息。
4、 一種基于二維圖像的低相干千涉中心條紋的提取方法，其特征在于從低相千光 源(1)出射的中心波長(zhǎng)為820W附、線寬譜為39.6w附、光功率為14附『的光 經(jīng)3dB光纖耦合器(2)后分為兩束光， 一束光經(jīng)第一 光纖(3)后照射在 CMOS相機(jī)(5)的鏡頭(51)上，另一束光經(jīng)第二輔光纖(4)后照射在CMOS 相機(jī)(5)的鏡頭(51)上，所述的兩束光在CMOS相機(jī)(5)中發(fā)生千涉，形成低相干干涉條紋圖像輸出給計(jì)^a (6)中的低相干干涉中心條紋提取m^r接收的所述低相干千涉條紋圖織行中心條紋提取，中心條紋的提取步驟為 二值化圖像單元對(duì)CMOS相機(jī)(5)輸出的圖像采用二值化方法進(jìn)行處理后， 獲得二值圖像輸出給輪廓提取單元；所述的二值圖像是含有部分中心條紋信息的黑 白圖像；輪廓提取單元采用函數(shù)cvFindContours在二值圖像中尋找輪廓，然后將尋找 到的條紋輪廓輸出給輪廓面積比較單元；輪廓面積比較單，二值圖像中的所有條紋輪廓進(jìn)行二維面積的大小比較,從而 獲得面積最大的輪廓S ;^= $ +義2 +參考點(diǎn)坐標(biāo)解析單元采用二維輪廓關(guān)系式 W 對(duì)面積最大的輪廓s進(jìn)行參考點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算，從而得到低相干千涉條紋的中心條紋信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于二維圖像的低相干干涉中心條紋的提取裝置及方法，該裝置由低相干光源、3dB光纖耦合器、第一單模光纖、第二單模光纖、CMOS相機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成；從低相干光源出射的光經(jīng)3dB光纖耦合器后分為兩束光，一束光經(jīng)第一單模光纖后照射在CMOS相機(jī)的鏡頭上，另一束光經(jīng)第二單模光纖后照射在CMOS相機(jī)的鏡頭上，所述的兩束光在CMOS相機(jī)中發(fā)生干涉，形成低相干干涉條紋圖像輸出給計(jì)算機(jī)中的低相干干涉中心條紋提取模塊。本發(fā)明采用CMOS相機(jī)進(jìn)行光信息的獲取，改變了傳統(tǒng)采用光電探測(cè)器進(jìn)行光信號(hào)的轉(zhuǎn)換形式。
文檔編號(hào)G01J9/02GK101666685SQ20091009249
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者張曉青, 坤 梅, 胡姝玲, 胡漢偉, 魏利民 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)