專利名稱：一種干涉條紋智能計數(shù)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及干涉環(huán)的計數(shù)，具體涉及一種基于嵌入式線陣CCD的干涉條紋智能計數(shù)方法。
背景技術：
在利用邁克爾遜干涉儀進行微距測量都需要準確計算干涉環(huán)的變化環(huán)數(shù)，傳統(tǒng)的是用人工計數(shù)法，即人眼直接觀察成像到屏幕上的干涉條紋，人手輕輕旋動微動手輪，每變動一個環(huán)，便人工記錄一次，每次測量需數(shù)出“冒出”或“淹沒”的干涉條紋。此方法操作簡單，除了邁克爾遜干涉儀外不需要額外的測量設備，但只能適合計數(shù)小干涉環(huán)數(shù)，而實際操作時往往需要記錄超過幾百個以上的干涉環(huán)數(shù)，假如采用此種方法，一方面，極易造成眼睛疲勞而影響讀數(shù)的準確性；另一方面測量出錯后只能重新測量造成大量時間的浪費；再一方面對人眼的傷害大，非常地不人性化。隨著近代科學技術和工業(yè)技術的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的光學機械測試方法已日益不能適應近代工業(yè)和科學技術提出的高精度、高效率與自動化的測試要求。在精密測試領域中， 必須注入新的活力，激光和計算機技術的出現(xiàn)和二者的結合為新的測試技術開辟了一條新的途徑。針對人工計數(shù)的缺點，研究人員提出了關于條紋自動計數(shù)器的諸多方案，這些方案各有優(yōu)點，但也存在不足。光電傳感器測量法如

圖1所示，隨著光程差的變化，干涉環(huán)將交替地出現(xiàn)“陷入” 和“冒出”，使用光電頭對準邁克爾遜干涉條紋中心處，此時，光電頭中的光敏管會隨著光強信號的變化產生不同大小的光電流。這樣就將干涉條紋的變化轉變?yōu)殡娦盘柕淖兓?，只要對電信號進行一定的處理，就可實現(xiàn)對干涉條紋的計數(shù)。但也存在如下缺點該方法對器件的擺放要求過于苛刻，且隨著測量的進行，條紋的厚度也將出現(xiàn)變化，需隨著測量的進行不斷地調整器件位置，增加了實際操作的復雜性。線陣CCD測量法采用線陣CCD作為光電傳感器件來設計條紋計數(shù)器，但其僅對不同位置的同一點強度變化進行研究，且系統(tǒng)工作不可靠，誤差大，數(shù)據(jù)處理不充分，其實質跟光電頭測量類似，并沒有充分地發(fā)揮CCD的優(yōu)勢。改進的CCD測量法利用CCD傳感器將干涉環(huán)光信號轉化為電信號的圖像信號捕獲與轉換模塊，再對來自CCD傳感器的電信號轉化為數(shù)字信號，最后將數(shù)據(jù)送至微機進行處理。其中，該微機數(shù)據(jù)處理模塊對數(shù)字信號進行數(shù)字濾波及波形圖像顯示，自動獲取圖像像素的有效參考點，并根據(jù)有效參考點的梯度的變化及干涉環(huán)中心對應像素點灰度值與閾值的比較來判斷干涉環(huán)的變化，實現(xiàn)了對干涉環(huán)的自動計數(shù)。缺點在數(shù)據(jù)處理方面，閾值取的是數(shù)據(jù)最大與最小值之和的中值，有一定誤差；所采用的均值濾波算法無法保持真實圖像的特征；設計出的邁克爾遜干涉條紋計數(shù)器是基于PC機平臺的，可移動性相對較差； 智能化水平還不夠高
發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種測量精度高的干涉條紋智能計數(shù)方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為一種干涉條紋智能計數(shù)方法，從激光發(fā)射器發(fā)出的光波，經過邁克爾遜干涉儀出射成像到成像屏，形成圓環(huán)狀的干涉條紋圖像，利用線陣CCD將光信號轉換成電信號，再利用數(shù)據(jù)采集及傳輸模塊將來自線陣CCD的電信號轉化為數(shù)字信號，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給嵌入式系統(tǒng)平臺進行數(shù)據(jù)的處理，還包括以下具體步驟1. 1對線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)去除隨機脈沖噪聲；1. 2對線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)去除高斯噪聲；1.3確定干涉條紋有效數(shù)據(jù)的參考范圍；其中，計算出最大灰度值點Max、最小灰度值點Min和閾值T，閾值T為在已確定的有效數(shù)據(jù)的參考范圍內灰度值變化最大的點；1.4對由有效數(shù)據(jù)范圍確定的曲線進行二階求導，根據(jù)二階導數(shù)值變化來判斷干涉條紋的變化狀態(tài)，實現(xiàn)對干涉環(huán)的自動計數(shù)。優(yōu)選的，所述線陣CXD傳感器采集到的數(shù)據(jù)為2048個。進一步的，為了保證了降噪的同時保持了信號的特征，在步驟1. 1和1. 2中，采用自適應中值擴散濾波算法AMDF去除噪聲，算法表達式如下
權利要求
1. 一種干涉條紋智能計數(shù)方法，從激光發(fā)射器發(fā)出的光波，經過邁克爾遜干涉儀出射成像到成像屏，形成圓環(huán)狀的干涉條紋圖像，利用線陣CCD將光信號轉換成電信號，再利用數(shù)據(jù)采集及傳輸模塊將來自線陣CCD的電信號轉化為數(shù)字信號，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給嵌入式系統(tǒng)平臺進行數(shù)據(jù)的處理，其特征在于，還包括以下具體步驟·1. 1對線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)去除隨機脈沖噪聲；·1. 2對線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)去除高斯噪聲；·1. 3確定干涉條紋有效數(shù)據(jù)的參考范圍；其中，計算出最大灰度值點Max、最小灰度值點Min和閾值T，閾值T為在已確定的有效數(shù)據(jù)的參考范圍內灰度值變化最大的點；·1. 4對由有效數(shù)據(jù)范圍確定的曲線進行二階求導，根據(jù)二階導數(shù)值變化來判斷干涉條紋的變化狀態(tài)，實現(xiàn)對干涉環(huán)的自動計數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的干涉條紋智能計數(shù)方法，其特征在于，所述線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)為2048個。
3.根據(jù)權利要求2所述的干涉條紋智能計數(shù)方法，其特征在于，在步驟1. 1和1. 2中， 采用自適應中值擴散濾波算法AMDF去除噪聲，算法表達式如下
4.根據(jù)權利要求3所述的干涉條紋智能計數(shù)方法，其特征在于，所述θ為0.01。
5.根據(jù)權利要求2所述的干涉條紋智能計數(shù)方法，其特征在于，所述自適應中值濾波算法AMF中先引入避免將高頻信號點誤判為噪聲的自適應變化的閾值thr(i)
6.根據(jù)權利要求2所述的干涉條紋智能計數(shù)方法，其特征在于，在步驟1. 3中，計算出最大灰度值點Max、最小灰度值點Min和閾值T的下標，其中，最大灰度下標Max_x的確定通過求線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)的最大值得到，其中，對每次線陣CCD采集的2048個數(shù)據(jù)值進行排序由此得到最大值進而得出其下標； 最小灰度值點下標Min_x的確定通過下式求出Mn_x = {i wData[i-l]-wData[i] > 0, i = Max_x, Max_x_l, Max_x_2, . . . }其中，從最大灰度值點下標Max_x出發(fā)，向左循環(huán)對原始數(shù)據(jù)wData[]進行一階差分運算直至wData[i-l]iData[i] > 0時停止，i即為最小灰度值點下標Min_x ； 閾值T下標的確定通過下式求出T_x = {i I DerData[-1]-DerData[i] < 0， i = Max_x, Max_x-1, Max_x-2, . . . } 其中，在確定了最大灰度點下標Max_x的基礎上，先對線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行一階求導得到DerDatati]，再從最大灰度點下標Max_x出發(fā)，向左循環(huán)進行一階差分運算直至首次出現(xiàn)DerData[i-l]_DerData[i] < 0時停止即為閾值Τ。
7.根據(jù)權利要求1所述的干涉條紋智能計數(shù)方法，其特征在于，在步驟1. 4中，采用二階差分計數(shù)方法計算干涉條紋，對一維圖像信號序列= 1，2，3，...η)及其領域選為3X1區(qū)域，一維干涉條紋數(shù)據(jù)的二階差分通過下式求出
全文摘要
本發(fā)明公開了一種干涉條紋智能計數(shù)方法，包括以下具體步驟對線陣CCD傳感器采集到的數(shù)據(jù)采用自適應中值擴散濾波算法濾除隨機脈沖噪聲；利用非線性擴散濾波算法降高斯噪聲；確定干涉條紋有效數(shù)據(jù)的參考范圍；其中，計算出最大灰度值點Max、最小灰度值點Min和閾值T，閾值T指的是在已確定的有效數(shù)據(jù)的參考范圍內灰度值變化最大的點；對由有效數(shù)據(jù)范圍確定的曲線進行二階求導，根據(jù)二階導數(shù)值變化來判斷干涉條紋的變化狀態(tài)，實現(xiàn)對干涉環(huán)的自動計數(shù)。本發(fā)明利用擴散中值濾波算法對采集到的數(shù)據(jù)進行濾波去噪，通過實時判斷有效參考范圍內的二階導數(shù)值變化，進一步判斷干涉環(huán)的變化，提升了計數(shù)的穩(wěn)定性。
文檔編號G06M1/10GK102306331SQ20111023573
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者周少賢, 李心廣, 漆建軍, 胡麟, 陳木波, 馬文華 申請人:廣東外語外貿大學