干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及液體介質(zhì)電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種通過雙光路干涉測(cè)量液體介質(zhì)電場(chǎng)的干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]干涉條紋法在液體介質(zhì)電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域因其快速性、直觀性、實(shí)時(shí)性相比其他方法具有較大的優(yōu)越性而逐步被廣泛采用。
[0003]采用干涉條紋法測(cè)量液體介質(zhì)電場(chǎng)的原理大致如下:
[0004]在均勻電場(chǎng)下，由于某些液體介質(zhì)的電致雙折射性質(zhì)，光路中的參考光束與測(cè)量光束之間的相位差發(fā)生變化，因而在成像裝置上干涉條紋會(huì)呈現(xiàn)平行移動(dòng)，因此，利用圖像傳感器(Charge-coupled Device, CCD)裝置分別拍攝未施加電壓和施加電壓后的干涉圖像，通過條紋的位移量和明暗條紋間距可以計(jì)算出外施電場(chǎng)的大小。
[0005]然而，上述干涉條紋法的使用存在以下問題:
[0006]利用CCD裝置拍攝的干涉圖像在進(jìn)行預(yù)處理后的背景圖像中，需要選擇移動(dòng)前的目標(biāo)條紋，然后在加壓圖像中對(duì)目標(biāo)條紋進(jìn)行識(shí)別和定位，才能準(zhǔn)確地根據(jù)條紋位移量計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度。在現(xiàn)有技術(shù)中，論文《干涉條紋檢測(cè)微動(dòng)位移的圖像處理方法》(《智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用》，第I卷第4期，2011年12月)，簡(jiǎn)述了干涉圖像的預(yù)處理流程，其中干涉條紋的處理流程包括去除背景和噪聲、二值化、細(xì)化、計(jì)算位移等；論文《基于CCD采集的Mach-Zehnder干涉條紋圖的處理算法》(《應(yīng)用光學(xué)》，第26卷第2期，2005年3月)描述了條紋寬度的計(jì)算方法。然而，針對(duì)均勻電場(chǎng)下干涉條紋的場(chǎng)致位移，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有對(duì)如何選取目標(biāo)條紋以及識(shí)別移動(dòng)后的目標(biāo)條紋提供好的解決方案，導(dǎo)致根據(jù)條紋位移量計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)施性不強(qiáng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]基于此，本實(shí)用新型在于提供一種干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)，能對(duì)均勻電場(chǎng)下得到的干涉條紋圖像進(jìn)行智能化處理，快速地選取和識(shí)別目標(biāo)條紋以準(zhǔn)確地根據(jù)條紋位移量計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0008]—種干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)，包括圖像預(yù)處理裝置，能夠分別獲取均勻電場(chǎng)下施加電壓前的背景圖像和施加電壓后的加壓圖像，并提取所述背景圖像中明條紋的骨架線和所述加壓圖像中明條紋的骨架線；像素區(qū)間選取裝置，能夠根據(jù)所述背景圖像中選定的目標(biāo)條紋設(shè)置像素區(qū)間及在所述加壓圖像中設(shè)置垂直經(jīng)過所述像素區(qū)間中點(diǎn)的參考線；目標(biāo)條紋識(shí)別裝置，能夠分別獲取所述背景圖像中所述像素區(qū)間中點(diǎn)的參考行坐標(biāo)及所述加壓圖像中各條紋與所述參考線交點(diǎn)的移動(dòng)行坐標(biāo)，計(jì)算所述移動(dòng)行坐標(biāo)與所述參考行坐標(biāo)的差值，差值小于預(yù)設(shè)范圍的條紋識(shí)別為移動(dòng)后的所述目標(biāo)條紋。
[0009]該目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)通過在背景圖像中設(shè)置像素區(qū)間以及在加壓圖像中根據(jù)像素區(qū)間設(shè)置參考線的方式，使得在加壓圖像中目標(biāo)條紋的識(shí)別能夠根據(jù)條紋與參考線之間的位置關(guān)系進(jìn)行確定，從而能夠迅速、準(zhǔn)確地定位目標(biāo)條紋，從而可以準(zhǔn)確地獲取目標(biāo)條紋的位移量，為根據(jù)條紋位移量計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度奠定了基礎(chǔ)，在干涉條紋電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域具有重要的實(shí)際意義。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例所提供的干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為圖1所示目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型第二實(shí)施例所提供的干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4是干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)選取和識(shí)別目標(biāo)條紋的流程圖。
[0014]附圖標(biāo)記說明
[0015]10圖像預(yù)處理裝置
[0016]20像素區(qū)間選取裝置
[0017]21標(biāo)記單元
[0018]30目標(biāo)條紋識(shí)別裝置
[0019]31坐標(biāo)讀取單元
[0020]32計(jì)算單元
[0021]33判斷單元
[0022]40圖像采集裝置
[0023]50目標(biāo)條紋選取裝置
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0025]請(qǐng)參閱圖1，為本實(shí)用新型一實(shí)施例所提供的干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)，包括圖像預(yù)處理裝置10，能夠分別獲取均勻電場(chǎng)下施加電壓前的背景圖像和施加電壓后的加壓圖像，并提取背景圖像中明條紋的骨架線和加壓圖像中明條紋的骨架線；像素區(qū)間選取裝置20，能夠根據(jù)背景圖像中選定的目標(biāo)條紋設(shè)置像素區(qū)間及在加壓圖像中設(shè)置垂直經(jīng)過像素區(qū)間中點(diǎn)的參考線；目標(biāo)條紋識(shí)別裝置30，能夠分別獲取背景圖像中像素區(qū)間中點(diǎn)的參考行坐標(biāo)及加壓圖像中各條紋與參考線交點(diǎn)的移動(dòng)行坐標(biāo)，計(jì)算各條紋的移動(dòng)行坐標(biāo)與參考行坐標(biāo)的差值，差值小于預(yù)設(shè)范圍的條紋識(shí)別為移動(dòng)后的目標(biāo)條紋。
[0026]該目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)還包括圖像采集裝置40，用于采集施加電壓前的背景圖像和施加電壓后的加壓圖像，并傳送給圖像預(yù)處理裝置。該圖像采集裝置可以為CCD圖像傳感器，其可以至少lOOOOOfps的采樣速率采集并傳輸干涉條紋圖像。
[0027]圖像預(yù)處理裝置10，對(duì)背景圖像和加壓圖像分別進(jìn)行預(yù)處理以得到圖像中明條紋的骨架線，其中預(yù)處理的方式至少包括像增強(qiáng)和SUSAN濾波兩項(xiàng)預(yù)處理操作，然后用二值圖法提取所有明條紋的骨架線，將骨架線顯示在原圖上。圖像預(yù)處理裝置可以為裝設(shè)有通過上述方式處理圖像的軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0028]請(qǐng)同時(shí)參閱圖2，像素區(qū)間選取裝置20，包括能夠在背景圖像和加壓圖像中畫出標(biāo)示線的標(biāo)記單元21。具體的，標(biāo)記單元21能夠于背景圖像中選定的目標(biāo)條紋的中間區(qū)域沿目標(biāo)條紋的延伸方向畫水平線作為像素區(qū)間，其中水平線的長(zhǎng)度盡量覆蓋住目標(biāo)條紋中間區(qū)域過渡平滑無斷點(diǎn)的部分，且避免目標(biāo)條紋兩端曲度較大的區(qū)域。像素區(qū)間的中點(diǎn)位于目標(biāo)條紋上，且盡量靠近目標(biāo)條紋的中心。優(yōu)選地，像素區(qū)間的中點(diǎn)與目標(biāo)條紋的中心重合。標(biāo)記單元還能夠于加壓圖像中以像素區(qū)間的中點(diǎn)做垂直像素區(qū)間的直線作為參考線。參考線的長(zhǎng)度設(shè)置應(yīng)使其盡量能夠與整幅圖像中的條紋均相交。
[0029]其中，背景圖像中的目標(biāo)條紋的選取可以通過操作人員手動(dòng)選取，也可以通過軟件自動(dòng)選取。如圖3所示，如果通過自動(dòng)選取方式選取目標(biāo)條紋，則該目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)還包括目標(biāo)條紋選取裝置50。目標(biāo)條紋的選取主要考慮以下四個(gè)原則，第一，位于整幅圖像的中間位置的條紋，第二，條紋寬度較大的條紋，第三，對(duì)比度相對(duì)較高、雜亂分支相對(duì)較少的條紋，第四，過渡平滑無斷點(diǎn)的條紋。其中，手動(dòng)選取目標(biāo)條紋時(shí)四個(gè)原則可以根據(jù)實(shí)際情況自由量裁，能夠同時(shí)滿足的情況為最優(yōu)情況。自動(dòng)選取則可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)四個(gè)原則設(shè)置不同優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，目標(biāo)條紋還可以選取相鄰的三條明條紋中位于中間位置的一條明條紋。
[0030]目標(biāo)條紋識(shí)別裝置30，包括顯示讀取像素點(diǎn)行坐標(biāo)的坐標(biāo)讀取單元31、計(jì)算選定像素點(diǎn)的行坐標(biāo)差值的計(jì)算單元32、以及根據(jù)計(jì)算單元32的計(jì)算結(jié)果判斷差值是否屬于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的判斷單元33。其中，所述預(yù)設(shè)范圍根據(jù)液體介質(zhì)電場(chǎng)的性質(zhì)而確定，其通常滿足的條件如下公式:
[0031]Y0-Y1 < d/2 ;其中，y。為參考行坐標(biāo)(即背景圖像中像素區(qū)間中點(diǎn)的行坐標(biāo))，Y1為移動(dòng)行坐標(biāo)(即加壓圖像中各條紋與參考線的交點(diǎn)的行坐標(biāo))，d為相鄰兩條明條紋的間距。
[0032]所述相鄰兩條明條紋的間距可通過坐標(biāo)讀取單元31分別讀取相鄰兩條明條紋上像素點(diǎn)的行坐標(biāo)值，通過計(jì)算單元32計(jì)算出差值而得到。該目標(biāo)條紋識(shí)別裝置30根據(jù)判斷單元33的判斷結(jié)果能夠迅速準(zhǔn)確地確定移動(dòng)的目標(biāo)條紋，從而可以準(zhǔn)確地獲取目標(biāo)條紋的位移量，為根據(jù)條紋位移量計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度奠定了基礎(chǔ)，在干涉條紋電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域具有重要的實(shí)際意義。
[0033]請(qǐng)參閱圖4，為使得本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的干涉條紋法中目標(biāo)條紋的選取與識(shí)別系統(tǒng)的工作過程更為清