一種基於二維圖像的低相干幹涉中心條紋的提取裝置及方法

2023-05-14 10:11:26

專利名稱：一種基於二維圖像的低相干幹涉中心條紋的提取裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種低相千幹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相機進行圖像採集，然後採用條紋輪廓面積比較進行的低相千千涉
中心條紋的提取裝置。
背景技術：
光的千涉測試本質是以光波的波長作為單位迸行計量的，傳統的千涉計量主要檢 測的是千涉條紋，通過檢測條紋位置、形狀、間距等的變化，精確測定一些物理量的 微小量值。在這些測量系統中，最常使用的是以各類單，莫或窄頻帶相千雷射設備作為 光源的測量系統；其中，雷射要求光學元件具有極髙的精確性，往往使系統更為複雜； 所以，這類系統對溫度、溼度、壓力等外界環境要求苛刻，當以上條件無法滿足時， 會使測量的精度、重複性和長期穩定性等難以保證。
現今，在低相千測量系統中，主要利用光電探淵器來進行幹涉信號的採集，即採 集到的千涉信號是一維信息。所以基於光電探測器的低相干測量系統中，對千涉信號 的處理主要是對一維信息的處理。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種結構簡單、易於實現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 相機和計算機系統構成。該計箅機系統由計紫機以及在計箅機中存儲有低相干千涉中 心條紋提取t莫塊形成。
本發明的目的之二是提出一種基於二維圖像的低相千幹涉中心條紋的提取方法， 該方法首先採用逼近方法獲得二維圖像的條紋輪廓信息，然後對條紋輪廓信息進行面 積比較，並應用輪廓坐標關係式最終得到低相千幹涉中心條紋信息。
在本發明中，所述的低相干幹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坐標解析單元。
4本發明裝置的優點在於
(A) 採用CMOS相,行光信息的獲取，改變了傳統採用光電探測器進行光信號 的轉換形式。
(B) 利用現有計算機成熟的計算能力和內嵌在計箅機硬碟中的低相干幹涉中心條 紋提取模塊，能夠有效地提取、跟蹤條紋圖像中的中心條紋，同時可獲取參考 點的坐標並顯示。
(C) 採用CMOS相機與計箅機(該計,內存儲有低相干千涉中心條紋提取模塊) 相結合，抗電贈千擾能力強，由於幹涉條紋採集、處理部分不含有信號放大、 濾波等電路，所以抗電截幹擾能力比較強。
本發明低相干千涉中心條紋的提取方法的優點在於
(1) 與傳統的利用光電探測器進行的光信息獲取更為簡單、經濟。
(2) 利用計箅機與低相千千涉中心條紋提取模塊相結合進行低相干千涉中心條紋 提取，其湘量精度髙，把光強度信息轉化為圖像的亮度信息，很容易分辨出中 心條紋與士l級條紋，從而比較容易提取中心條紋；同時幹涉信號處理過程更 加簡單、直觀、快速，有效地提高了測量效率。
附閨說明


圖1是本發明基於二維圖像的低相干幹涉中心條紋的提取裝置。 圖2是本發明兩個光纖與CMOS相機的鏡頭的間距示意圖。 圖3是本發明低相千千涉中心條紋提取模塊的界面示意圖。 圖4是本發明經二值化處理後的具有中心條紋信息的黑白圖像。 圖5是本發明獲得具有輪廓信息條紋的黑白圖像。 圖6是本發明帶有條紋中心點標識的黑白圖像。
圖中l.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 6.計##1
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
參見圖1、圖2所示，本發明是一種基於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5和計箅機6構成，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 測對象；所述的計算機6的硬碟中存儲有低相干千涉中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編譯環境下編寫的，基於OpenCV (open source computer vision library)實現的。在本發明中，基於此低相千幹涉信號 二維圖像處理方法所編寫的低相干千涉條紋採集、處理軟體界面如圖3所示，它是 在VC 6.0編譯環境下，基於OpenCV (open source computer vision library) 實現的。界面的左半部分可以實時顯示採集到的條紋圖像(如圖6所示)，右半部 份可以顯示CMOS相機5抓拍的千涉條紋圖像並保存。當採集到幹涉條紋圖像後， 可以提取、標識、，低相干條紋圖像中的中心條紋，可以獲取參考點坐標值，該 參考點即為圖6中的圓圈。除此之外，此系統還可以設置圖像的大小、亮度以及把 採集到的條紋圖像保存成視頻。
在本發明中，計紫機6的最低配置為CPU2Gife，內存2G5，硬碟180GS; 作業系統為windows 2000/2003/XP。
本發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5的鏡頭51之間留有間隙^ (d4 =2cw ~4cm ), CMOS相機5與計^L 6之間採用CMOS相機5自帶的USB數據傳輸線連接在 計算機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/ / 。
本發明的提^置的光路為低相干光源1出射的中心波長為820 WW 、線寬譜 為39.6"附、光功率為14w^的光經3dB光纖耦合器2後分為兩束光， 一束光 經第一單模光纖3後照射在CMOS相機5的鏡頭51上,另一束光經第二胃光纖 4後照射在CMOS相機5的鏡頭51上，所述的兩束光在CMOS相機5中發生千 涉，形成低相干幹涉條紋圖像輸出給計霧機6，計算機6中的低相千幹涉中心條紋 提取模塊對接收的所述低相干千涉條紋圖像進行中心條紋提取。
在本發明中，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坐標解析單元。二值化圖像單元對CMOS相機5輸出的圖像採用二值化方法進行處理後，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。
輪靡提取單元採用函數cvFindContours在二值圖像中尋找輪廓，然後將尋找 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二值圖像中的所有條紋輪廓進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 +
參考點坐標解析單元採用二維輪廓關係式 w 對面積最大
的輪廓s進行參考點坐標的計箅，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識。 在二維輪廓關係式 W 中
少—--
;c表示圓心的橫坐標； ^表示圓心的縱坐標；
AT表示面積最大的輪廓S中的輪廓點的總數； ^表示在面積最大的輪廓S的輪廓點中的第1個點的橫坐標； X表示在面積最大的輪廓S的輪廓點中的第1個點的縱坐標； A表示在面積最大^(輪廓S的輪廓點中的第2個點的橫坐標； A表示在面積最大的輪廓S的輪廓點中的第2個點的縱坐標； ^M表示在面積最大的輪廓S的輪廓點中的第^-l個點的橫坐標； ,表示在面積最大的輪廓S的輪廓點中的第AT -1個點的縱坐標； ^表示在面積最大的輪廓S的輪廓點中的第W個點的橫坐標； 少w表示在面積最大的輪廓S的輪廓點中的第W個點的縱坐標。 本發明的一種基於二維圖像的低相千千涉中心條紋的提取裝置及方法,發明人採 用CMOS相機進行光信息的獲取，改變了傳統採用光電探測器進行光信號的轉換 形式。利用現有計,成熟的計算能力和內嵌在計ML硬碟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，同時可獲取參考點的 坐標並顯示。採用CMOS相機與計,(該計箅機內存儲有低相千千涉中心條紋 提取模塊)相結合，抗電磁幹擾能力強，由於幹涉條紋採集、處理部分不含有信號 放大、濾波等電路，所以抗電磁千擾能力比較強。
權利要求
1、一種基於二維圖像的低相干幹涉中心條紋的提取裝置，其特徵在於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(5)和計算機(6)構成；所述的計算機(6)的硬碟中存儲有低相干幹涉中心條紋提取模塊，該低相干幹涉中心條紋提取模塊是在VC 6.0編譯環境下編寫的，基於OpenCV實現的；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(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(5)的鏡頭(51)之間留有間隙d4＝2cm～4cm，CMOS相機(5)與計算機(6)之間採用CMOS相機(5)自帶的USB數據傳輸線連接在計算機(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、 根據權利要求1所述的基於二維圖像的低相千千涉中心條紋的提取裝置，其特徵 在於低相千光源(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、 根據權利要求1所述的基於二維圖像的低相千幹涉中心條紋的提取裝置，其特徵在於低相千幹涉中心條紋提取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坐標解析單元； 二值化圖像單，CMOS相機(5)輸出的圖mm用二值化方法進行處理後， 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；輪廓提取單元採用函數cvFindContours在二值圖像中尋找輪廓，然後將尋找 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二值圖像中的所有條紋輪廓進行二維面積的大小比較，從而 獲得面積最大的輪廓S ;formula see original document page 2參考點坐標解析單元採用二維輪廓關係式 w 對面積最大的輪廓s進行參考點坐標的計箅，從而得到低相干千涉條紋的中心條紋信息。
4、 一種基於二維圖像的低相干千涉中心條紋的提取方法，其特徵在於從低相千光 源(1)出射的中心波長為820W附、線寬譜為39.6w附、光功率為14附『的光 經3dB光纖耦合器(2)後分為兩束光， 一束光經第一 光纖(3)後照射在 CMOS相機(5)的鏡頭(51)上，另一束光經第二輔光纖(4)後照射在CMOS 相機(5)的鏡頭(51)上，所述的兩束光在CMOS相機(5)中發生千涉，形成低相干幹涉條紋圖像輸出給計^a (6)中的低相干幹涉中心條紋提取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CMOS相機(5)輸出的圖像採用二值化方法進行處理後， 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；輪廓提取單元採用函數cvFindContours在二值圖像中尋找輪廓，然後將尋找 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 +參考點坐標解析單元採用二維輪廓關係式 W 對面積最大的輪廓s進行參考點坐標的計算，從而得到低相干千涉條紋的中心條紋信息。
全文摘要
本發明公開了一種基於二維圖像的低相干幹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相機和計算機構成；從低相干光源出射的光經3dB光纖耦合器後分為兩束光，一束光經第一單模光纖後照射在CMOS相機的鏡頭上，另一束光經第二單模光纖後照射在CMOS相機的鏡頭上，所述的兩束光在CMOS相機中發生幹涉，形成低相干幹涉條紋圖像輸出給計算機中的低相干幹涉中心條紋提取模塊。本發明採用CMOS相機進行光信息的獲取，改變了傳統採用光電探測器進行光信號的轉換形式。
文檔編號G01J9/02GK101666685SQ20091009249
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月16日 優先權日2009年9月16日
發明者張曉青, 坤 梅, 胡姝玲, 胡漢偉, 魏利民 申請人:北京航空航天大學