机器视觉测量技术5条纹图像处理.ppt

第五章 干涉条纹图像处理 图像不一致，图像不显著，图像变形 干涉条纹图像处理的目的是精确地、自动地提取条纹图的相位场分布，从而得出待测的物理量分布。 随机噪声：由电子、热、光敏不均，光栅或物体不清造成条纹图噪声。 系统噪声：背景光强的变化和条纹幅值的变化使图像质量退化(对比度弱，背景太强、太弱，变化大). 一. 干涉条纹图像处理 各种干涉条纹图的光强分布可用数学形式表达为： I（x,y）=I0(x,y)+I1(x,y)cosφ(x,y)+In(x,y) 其中，I0(x,y)为背景光强 I1(x,y)为条纹幅值 φ(x,y)为相位场 In(x,y)为可加性随机噪声 1. 干涉条纹数学形式与特性 条纹图分布特征： ①I（x,y）是唯一可测的量，即已知量，φ(x,y)为有待测量求解的物理量. ②条纹图是对相位场φ(x,y)的余弦调制结果，表现为条纹分布。 ③IO(x,y)为变化的背景光强场，它主要取决于环境光场及被测物体的表面光学特征. ④I1(x,y)是变化的条纹幅值，也称条纹对比度。主要取决于光源、环境等条件。 ⑤条纹间距、条纹密度或条纹的空间频率表示相位场的变化梯度，变化梯度越大，条纹越密。同时决定灰度分布的变化梯度。 , 即在切线上，相位场与灰度变化大约为零 所以 条纹等值线对应于相位等值线 p为某个求导方向 在法线上，相位场与灰度梯度变化最大 ⑥条纹方位分布表示了相位变化的梯度方向 在条纹的切线方向t 上： 在条纹的法线方向n 上： ⑦由于cosφ的周期性，只能测量出相位场的2π主值 ⑧若只考虑cosφ的周期性的影响，条纹的中心线点的相位为n π. ⑨由于余弦的偶函数性cosφ=cos(-φ),若没有其它光验信息，则无法从图像灰度信息中确定相位的符号 ⑩相位场的物理意义取决于所用的实验技术。即是那种实验干涉条纹图（距离、位移、振幅、变形等） 二. 数字条纹倍增法 ①双幅图条纹倍增法 条纹等差线中，有明场和暗场等差线之分，互为相反 暗场ID=Id 暗场IL=Il IR(x,y)= Il=Id ②任意相移双图条纹倍增法 一幅条纹图使其相位场平移 △φ 两幅图作如下运算 其中 Ic为常量,用以保持倍增后图像位于[0,255]中 ③单幅图条纹两倍倍增法 将一幅条纹图背景和条纹振幅在全场常数化 I(x,y)=I0+I1cosφ (x,y) 做简单运算 ④单幅图条纹三倍倍增法 对上述正则化条纹图, 利用下面的三角公式 作变换 就实现了三倍倍增. 三. 条纹图像旋滤波算法 旋滤波思想： 找出条纹的切线方向，只在切线方向上对条纹图进行低通滤波。 找出条纹灰度的等值线，在灰度等值线上作低通滤波 这样既滤掉噪声，又不对条纹产生模糊、畸变效应。 构造一个一维滤波窗口绕当前像素点旋转一周确定条纹切线方向在切线方向进行低通滤波。 步骤： ①以当前点为中心的n×n像素点窗口内,等角度间隔的方向滤波线 ②在每条方向滤波线上，计算其灰度平均值A： ij表示当前点的位置，k表示第k个方向 ③计算每个方向线上各点灰度值与该线均值之差的绝对值之和，或均方差 或 表示了K方向上的灰度分布的变化 ④在条纹的切线kk方向， 取极小值 ⑤沿条纹切线方向kk进行一维中值滤波或均值滤波 中值滤波：将该方向排序为中值的灰度取代当前点的灰度。（可滤去孤立的大噪声） 均值滤波：将该方向灰度平均值取代当前点的灰度。（可滤去高斯分布的随机噪声） ⑥对条纹图全场每个点重复上述步骤。（旋滤波可对一幅条纹图应用多次）