針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]平面激光誘導(dǎo)熒光成像是使其所含熒光物質(zhì)激發(fā)(誘導(dǎo))出熒光信號，用攝像設(shè)備記錄熒光圖像，其光強場(灰度)即包含有該熒光物的濃度場信息，此探測的實驗技術(shù)稱作PLIF，在PLIF技術(shù)中所述平面激光，即激光片光源，或稱激光光刀。激光片光源在流體流動無干擾檢測技術(shù)中是必不可少的設(shè)備。如PIV流速場測試系統(tǒng)；PLIF濃度場測試系統(tǒng)。常見到的片光源裝置中有一個將激光束擴展成激光光片的光學(xué)組件。一般情況下系使用柱面鏡對激光束擴束，生成扇形片光。該扇形光片的橫向光功率分布仍保持激光束的高斯分布，因而光強分布很不均勻；再者，扇形光片呈發(fā)散型傳播，光能利用率不高。對這些特點不做改正，則難以滿足PLIF技術(shù)對片光的要求。
[0003]本發(fā)明中所用的片光源改由鮑威爾棱鏡擴束、菲涅爾透鏡聚光，形成矩形平行光片光源，其所用的系統(tǒng)如中國實用新型專利ZL201320180897.1號專利。鮑威爾棱鏡擴束、菲涅爾透鏡聚光，可將扇形擴散的片光再收攏為較為均勻的平行光片，不僅增強了片光的光強，也使片光的均勻性強于柱面鏡擴束。這對PLIF無干擾濃度場測試中對片光光強均勻的特質(zhì)要求十分必要。
[0004]菲涅爾透鏡的工作面系由極多不同焦距的同心圓環(huán)透鏡構(gòu)成，其斷面形狀如同鋸齒條，每一個齒距，即為一個環(huán)帶的寬度。經(jīng)菲涅爾透鏡射出的光片中包含有密集的明暗相間的條紋。鮑威爾棱鏡所展開的片光的均勻性一般不低于75%，高質(zhì)量的鮑鏡的均勻性則接近80%。
[0005]若單從亮條紋而論，再經(jīng)菲涅爾透鏡聚光后的片光的均勻性有所提升，并足以反映拍攝對象的熒光場強度信息，所以尋找出每根亮線的位置和灰度值，是至關(guān)重要的。
[0006]如何提取亮線的有關(guān)信息，關(guān)鍵在于對明暗條紋的處理上。拍攝灰度圖像后，在全部像素灰度場數(shù)據(jù)中，如何尋找亮線？但是目前還沒有從上述的矩形平行光片光源中提取亮線的方法，因而本發(fā)明就具有開創(chuàng)性的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本申請的發(fā)明目的在于提供一種將針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法。
[0008]為了完成本申請的發(fā)明目的，本申請采用以下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，菲涅爾透鏡位于鮑威爾棱鏡的焦距上，激光依次通過鮑威爾棱鏡和菲涅爾透鏡生成片光圖，片光圖是一張由極多條明線和暗線相間組成的灰度圖，其中:
[0010](I)、采集從菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖，得到該片光圖中的每個像素的灰度值；
[0011](2)、沿著平行于像素行的方向，將上述灰度圖平均分割成P行，再沿著垂直于像素行方向?qū)⑸鲜龌叶葓D平均分割成q列，使該灰度圖分割成P行X q列個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格的大小相同；
[0012](3)、設(shè)每個網(wǎng)格內(nèi)有m行η列個像素，將每列的m個像素灰度值求和，得到η個和值，求取η個和值的最大值，并記錄下該網(wǎng)格的對應(yīng)列號，即為最大值列號；
[0013](4)、保留步驟(3)的最大值列號的灰度值或最大值列號的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，將所有保留的列定義為此網(wǎng)格內(nèi)的一個亮線列，而其余列的灰度值被賦值為零，該網(wǎng)格的灰度值為該亮線列的平均灰度值；
[0014](5)、重復(fù)步驟(3)和(4)，求取pXq個網(wǎng)格的亮線列的平均灰度值，得到包含P行Xq列個灰度值的整個片光圖分布圖；
[0015]本發(fā)明的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，其中:所述的步驟
(2)中每個網(wǎng)格內(nèi)m行或η列均包含8-15個像素；
[0016]本發(fā)明的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，其中:所述的平均灰度值為上述一個亮線列所有像素的灰度值的總和除以該亮線列所包含像素的個數(shù)；
[0017]本發(fā)明的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，其中:所述步驟
(I)至步驟(5)均是用計算機來進行輔助運算的。
[0018]本發(fā)明提供了針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，使用該方法可以從明暗條紋片光圖中提取出熒光對象的全灰度場信息，具備無明暗條紋片光的使用效果。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的鮑威爾棱鏡與菲涅爾透鏡的光學(xué)組合件的原理圖；
[0020]圖2為通過菲涅爾透鏡后的激光形成的片光圖，在該片光圖中包括:多條明線和暗線相間組成的圖像，將該圖像劃分成P行和q列；
[0021]圖3為由圖2的片光圖的P行和q列劃分出來的一個網(wǎng)格片光圖的放大圖；
[0022]圖4為用本發(fā)明的方法處理后的一個網(wǎng)格片光圖的放大圖；
[0023]圖5為用本發(fā)明的方法處理圖2片光圖后得到的灰度值分布圖。
[0024]在圖1中，標(biāo)號I為激光束；標(biāo)號2為鮑威爾棱鏡；標(biāo)號3為菲涅爾透鏡；標(biāo)號4為輸出的平行片光源。
[0025]在圖2至圖4中，標(biāo)號5為P行，標(biāo)號6為q列。
[0026]圖3和圖4中，標(biāo)號7為亮線列。
【具體實施方式】
[0027]如圖1所示，從激光器出射的激光束I準(zhǔn)確地打在鮑威爾棱鏡2的約Imm寬的棱邊上,經(jīng)鮑威爾棱鏡2后展開為有一定角度(視鮑威爾棱鏡的角度而定)的片光,片光厚度基本上與激光束直徑相當(dāng)，或略有增大。所用菲涅爾透鏡3為條狀，其長度應(yīng)稍大于要求的片光高(寬)度，寬度3cm左右即可。該鏡置于鮑威爾棱鏡2之后，鏡體在其出光擴張角之內(nèi)；而鮑威爾棱鏡2則應(yīng)置于菲涅爾透鏡3的焦點之上，從菲涅爾透鏡3輸出平行片光源4。上述光源在照射到含有熒光素鈉的水體后，得到了圖2中的片光圖。
[0028]片光圖是一張由極多條明線和暗線相間組成的灰度圖，它包括以下處理方法:
[0029](I)、如圖2所示，采集從菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖，得到該片光圖中的每個像素的灰度值；
[0030](2)、如圖2所示，沿著平行于像素行的方向，將上述灰度圖平均分割成P行(如圖2至4的標(biāo)號5)，沿著垂直于像素行方向?qū)⑸鲜龌叶葓D平均分割成q列(如圖2至4的標(biāo)號6)，使該灰度圖分割成P行Xq列個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格的大小相同；
[0031](3)、如圖3所示，設(shè)每個網(wǎng)格內(nèi)有m行η列個像素，每個網(wǎng)格內(nèi)m行或η列均包含8-15個像素,將每列的m個像素灰度值求和，得到η個和值,求取η個和值的最大值,并記錄下該網(wǎng)格的對應(yīng)列號，即為最大值列號；
[0032](4)、保留步驟(3)的最大值列號的灰度值或最大值列號的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，將所有保留的列定義為此網(wǎng)格內(nèi)的一個亮線列7，而其余列的灰度值被賦值為零，該網(wǎng)格的灰度值為該亮線列7的平均灰度值，即平均灰度值為上述一個亮線列7所有像素的灰度值的總和除以該亮線列所包含像素的個數(shù)，例如，如圖4所示，保留步驟(3)的最大值列號的灰度值及其左右的2列的灰度值；
[0033](5)、重復(fù)步驟(3)和(4)，求取pXq個網(wǎng)格的亮線列7的平均灰度值，得到包含P行Xq列個灰度值的整個片光圖分布圖。
[0034]所述步驟(I)至步驟(5)均是用計算機來進行輔助運算的。
[0035]圖3和圖4只是為片光圖中的一個網(wǎng)格，將片光圖中的所有網(wǎng)格進行上述步驟(3)和步驟(4)后，得到了圖5所示的整個片光圖的灰度值的分布圖。
[0036]上述操作都是用計算機來進行輔助運算的，上述方法是在圖3和圖4的網(wǎng)格中提取了 5根亮線，使用者可以根據(jù)提取信息量的多少選擇在每個網(wǎng)格中提取1-5列。
[0037]以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，菲涅爾透鏡位于鮑威爾棱鏡的焦距上，激光依次通過鮑威爾棱鏡和菲涅爾透鏡生成片光圖，片光圖是一張由極多條明線和暗線相間組成的灰度圖，其特征在于: (1)、采集從菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖，得到該片光圖中的每個像素的灰度值； (2)、沿著平行于像素行的方向，將上述灰度圖平均分割成P行，再沿著垂直于像素行方向?qū)⑸鲜龌叶葓D平均分割成q列，使該灰度圖分割成P行X q列個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格的大小相同； (3)、設(shè)每個網(wǎng)格內(nèi)有m行η列個像素,將每列的m個像素灰度值求和,得到η個和值，求取η個和值的最大值，并記錄下該網(wǎng)格的對應(yīng)列號，即為最大值列號； (4)、保留步驟(3)的最大值列號的灰度值或最大值列號的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，將所有保留的列定義為此網(wǎng)格內(nèi)的一個亮線列，而其余列的灰度值被賦值為零，該網(wǎng)格的灰度值為該亮線列的平均灰度值； (5)、重復(fù)步驟(3)和(4)，求取pXq個網(wǎng)格的亮線列的平均灰度值，得到包含P行Xq列個灰度值的整個片光圖分布圖。2.如權(quán)利要求1所述的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，其特征在于:所述的步驟(2)中每個網(wǎng)格內(nèi)m行或η列均包含8-15個像素。3.如權(quán)利要求1所述的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，其特征在于:所述的平均灰度值為上述一個亮線列所有像素的灰度值的總和除以該亮線列所包含像素的個數(shù)。4.如權(quán)利要求1所述的一種針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖的灰度處理方法，其特征在于:所述步驟(I)至步驟(5)均是用計算機來進行輔助運算的。
【專利摘要】本發(fā)明涉及針對菲涅爾透鏡產(chǎn)生的明暗條紋片光圖的灰度處理方法。首先采集片光圖，獲取該圖中每個像素的灰度值。沿著平行于像素行的方向，將上述灰度場圖平均分割成p行，再沿著垂直于像素行方向?qū)⑸鲜龌叶葓鰣D平均分割成q列，使該灰度場圖分割成p行×q列個網(wǎng)格。設(shè)每個網(wǎng)格內(nèi)有m行n列個像素，將每列的m個像素灰度值求和，得到n個和值。求取n個和值的最大值，并記錄下其對應(yīng)列號，即為最大值列號；保留最大值列號的灰度值或最大值列號及其左右的1-2列的灰度值，將所有保留的列定義為此網(wǎng)格內(nèi)的亮線列，而其余列的灰度值被賦值為零，求取p×q個網(wǎng)格的亮線列的平均灰度值，得到消除了暗線的片光圖的灰度場圖。
【IPC分類】G06T11/00
【公開號】CN104933741
【申請?zhí)枴緾N201410401394
【發(fā)明人】賀益英, 譚水位, 趙懿珺, 吳一紅, 曾利, 曲兆松, 鄭鈞, 任明軒, 徐澤楊, 馮晶
【申請人】中國水利水電科學(xué)研究院, 北京尚水信息技術(shù)股份有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年8月15日