本发明公开了一种基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取装置及方法，该装置由低相干光源、3dB光纤耦合器、第一单模光纤、第二单模光纤、CMOS相机和计算机构成；从低相干光源出射的光经3dB光纤耦合器后分为两束光，一束光经第一单模光纤后照射在CMOS相机的镜头上，另一束光经第二单模光纤后照射在CMOS相机的镜头上，所述的两束光在CMOS相机中发生干涉，形成低相干干涉条纹图像输出给计算机中的低相干干涉中心条纹提取模块。本发明采用CMOS相机进行光信息的获取，改变了传统采用光电探测器进行光信号的转换形式。
1.一种基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取装置，其特征在于：该装置由低相干光源(1)、3dB光纤耦合器(2)、第一单模光纤(3)、第二单模光纤(4)、CMOS相机(5)和计算机(6)构成；
所述的计算机(6)的硬盘中存储有低相干干涉中心条纹提取模块；所述低相干干涉中心条纹提取模块包括有二值化图像单元、轮廓提取单元、轮廓面积比较单元和参考点坐标解析单元；二值化图像单元对CMOS相机(5)输出的图像采用二值化方法进行处理后，获得二值图像输出给轮廓提取单元；所述的二值图像是含有部分中心条纹信息的黑白图像；
轮廓提取单元采用函数cvFindContours在二值图像中寻找轮廓，然后将寻找到的条纹轮廓输出给轮廓面积比较单元；轮廓面积比较单元对二值图像中的所有条纹轮廓进行二维面积的大小比较，从而获得面积最大的轮廓S；参考点坐标解析单元采用二维轮廓关系式对面积最大的轮廓S进行参考点坐标的计算，从而得到低相干干涉条纹的中心条纹信息；
3dB光纤耦合器(2)的A端与低相干光源(1)连接，3dB光纤耦合器(2)的B端与第一单模光纤(3)的一端连接，第一单模光纤(3)的另一端与CMOS相机(5)的镜头(51)之间留有间隙d3＝2cm～4cm，3dB光纤耦合器(2)的C端与第二单模光纤(4)的一端连接，第二单模光纤(4)的另一端与CMOS相机(5)的镜头(51)之间留有间隙d4＝2cm～4cm，CMOS相机(5)与计算机(6)之间采用CMOS相机(5)自带的USB数据传输线连接在计算机(6)的USB接口上；
第一单模光纤(3)与第二单模光纤(4)的间距d0≤0.5mm。
2.一种基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取方法，其特征在于：从低相干光源(1)出射的中心波长为820nm、线宽谱为39.6nm、光功率为14mW的光经3dB光纤耦合器(2)后分为两束光，一束光经第一单模光纤(3)后照射在CMOS相机(5)的镜头(51)上，另一束光经第二单模光纤(4)后照射在CMOS相机(5)的镜头(51)上，所述的两束光在CMOS相机(5)中发生干涉，形成低相干干涉条纹图像输出给计算机(6)中的低相干干涉中心条纹提取模块对接收的所述低相干干涉条纹图像进行中心条纹提取，中心条纹的提取步骤为：二值化图像单元对CMOS相机(5)输出的图像采用二值化方法进行处理后，获得二值图像输出给轮廓提取单元；所述的二值图像是含有部分中心条纹信息的黑白图像；
轮廓提取单元采用函数cvFindContours在二值图像中寻找轮廓，然后将寻找到的条纹轮廓输出给轮廓面积比较单元；
轮廓面积比较单元对二值图像中的所有条纹轮廓进行二维面积的大小比较，从而获得面积最大的轮廓S；
参考点坐标解析单元采用二维轮廓关系式 对面积最大的轮
廓S进行参考点坐标的计算，从而得到低相干干涉条纹的中心条纹信息。
一种基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取装置及方
法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种低相干干涉中心条纹信息的提取装置及方法，更特别地说，是指一种利用CMOS相机进行图像采集，然后采用条纹轮廓面积比较进行的低相干干涉中心条纹的提取装置。
背景技术
[0002] 光的干涉测试本质是以光波的波长作为单位进行计量的，传统的干涉计量主要检测的是干涉条纹，通过检测条纹位置、形状、间距等的变化，精确测定一些物理量的微小量值。在这些测量系统中，最常使用的是以各类单模或窄频带相干激光设备作为光源的测量系统；其中，激光要求光学元件具有极高的精确性，往往使系统更为复杂；所以，这类系统对温度、湿度、压力等外界环境要求苛刻，当以上条件无法满足时，会使测量的精度、重复性和长期稳定性等难以保证。
[0003] 现今，在低相干测量系统中，主要利用光电探测器来进行干涉信号的采集，即采集到的干涉信号是一维信息。所以基于光电探测器的低相干测量系统中，对干涉信号的处理主要是对一维信息的处理。
发明内容
[0004] 本发明的目的之一是提供一种结构简单、易于实现的低相干干涉中心条纹的提取装置，该装置由低相干光源、3dB光纤耦合器、第一单模光纤、第二单模光纤、CMOS相机和计算机系统构成。该计算机系统由计算机以及在计算机中存储有低相干干涉中心条纹提取模块形成。
[0005] 本发明的目的之二是提出一种基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取方法，该方法首先采用逼近方法获得二维图像的条纹轮廓信息，然后对条纹轮廓信息进行面积比较，并应用轮廓坐标关系式最终得到低相干干涉中心条纹信息。
[0006] 在本发明中，所述的低相干干涉中心条纹提取模块包括有二值化图像单元、轮廓提取单元、轮廓面积比较单元和参考点坐标解析单元。
[0007] 本发明装置的优点在于：
[0008] (A)采用CMOS相机进行光信息的获取，改变了传统采用光电探测器进行光信号的转换形式。
[0009] (B)利用现有计算机成熟的计算能力和内嵌在计算机硬盘中的低相干干涉中心条纹提取模块，能够有效地提取、跟踪条纹图像中的中心条纹，同时可获取参考点的坐标并显示。
[0010] (C)采用CMOS相机与计算机(该计算机内存储有低相干干涉中心条纹提取模块)相结合，抗电磁干扰能力强，由于干涉条纹采集、处理部分不含有信号放大、滤波等电路，所以抗电磁干扰能力比较强。
[0011] 本发明低相干干涉中心条纹的提取方法的优点在于：
[0012] (1)与传统的利用光电探测器进行的光信息获取更为简单、经济。
[0013] (2)利用计算机与低相干干涉中心条纹提取模块相结合进行低相干干涉中心条纹提取，其测量精度高，把光强度信息转化为图像的亮度信息，很容易分辨出中心条纹与±1级条纹，从而比较容易提取中心条纹；同时干涉信号处理过程更加简单、直观、快速，有效地提高了测量效率。
附图说明
[0014] 图1是本发明基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取装置。
[0015] 图2是本发明两个光纤与CMOS相机的镜头的间距示意图。
[0016] 图3是本发明低相干干涉中心条纹提取模块的界面示意图。
[0017] 图4是本发明经二值化处理后的具有中心条纹信息的黑白图像。
[0018] 图5是本发明获得具有轮廓信息条纹的黑白图像。
[0019] 图6是本发明带有条纹中心点标识的黑白图像。
[0020] 图中：1.低相干光源 2.3dB光纤耦合器 3.第一单模光纤 4.第二单模光纤5.CMOS相机 6.计算机
具体实施方式
[0021] 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0022] 参见图1、图2所示，本发明是一种基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取装置，该装置由低相干光源1、3dB光纤耦合器2、第一单模光纤3、第二单模光纤4、CMOS相机5和计算机6构成，其中，低相干光源1、3dB光纤耦合器2、第一单模光纤3和第二单模光纤
4形成光纤杨氏干涉仪，该光纤杨氏干涉仪即为被测对象；所述的计算机6的硬盘中存储有低相干干涉中心条纹提取模块，该低相干干涉中心条纹提取模块是在VC 6.0编译环境下编写的，基于OpenCV(opensource computer vision library)实现的。在本发明中，基于此低相干干涉信号二维图像处理方法所编写的低相干干涉条纹采集、处理软件界面如图3所示，它是在VC 6.0编译环境下，基于OpenCV(open source computer vision library)实现的。界面的左半部分可以实时显示采集到的条纹图像(如图6所示)，右半部份可以显示CMOS相机5抓拍的干涉条纹图像并保存。当采集到干涉条纹图像后，可以提取、标识、跟踪低相干条纹图像中的中心条纹，可以获取参考点坐标值，该参考点即为图6中的圆圈。除此之外，此系统还可以设置图像的大小、亮度以及把采集到的条纹图像保存成视频。
[0023] 在本发明中，计算机6的最低配置为CPU 2GHz，内存2GB，硬盘180GB；操作系统为windows 2000/2003/XP。
[0024] 本发明的提取装置中各部件的连接为(参见图1、图2所示)：3dB光纤耦合器2的A端与低相干光源1连接，3dB光纤耦合器2的B端与第一单模光纤3的一端连接，第一单模光纤3的另一端与CMOS相机5的镜头51之间留有间隙d3(d3＝2cm～4cm)，3dB光纤耦合器2的C端与第二单模光纤4的一端连接，第二单模光纤4的另一端与CMOS相机5的镜头51之间留有间隙d4(d4＝2cm～4cm)，CMOS相机5与计算机6之间采用CMOS相机5自带的USB数据传输线连接在计算机6的USB接口上。第一单模光纤3与第二单模光纤4的间距d0≤0.5mm。
[0025] 本发明的提取装置的光路为：低相干光源1出射的中心波长为820nm、线宽谱为39.6nm、光功率为14mW的光经3dB光纤耦合器2后分为两束光，一束光经第一单模光纤3后照射在CMOS相机5的镜头51上，另一束光经第二单模光纤4后照射在CMOS相机5的镜头51上，所述的两束光在CMOS相机5中发生干涉，形成低相干干涉条纹图像输出给计算机
6，计算机6中的低相干干涉中心条纹提取模块对接收的所述低相干干涉条纹图像进行中心条纹提取。
[0026] 在本发明中，低相干干涉中心条纹提取模块包括有二值化图像单元、轮廓提取单元、轮廓面积比较单元和参考点坐标解析单元。
[0027] 二值化图像单元对CMOS相机5输出的图像采用二值化方法进行处理后，获得二值图像输出给轮廓提取单元；所述的二值图像是含有部分中心条纹信息的黑白图像，如图4所示。
[0028] 轮廓提取单元采用函数cvFindContours在二值图像中寻找轮廓，然后将寻找到的条纹轮廓(如图5所示)输出给轮廓面积比较单元；
[0029] 轮廓面积比较单元对二值图像中的所有条纹轮廓进行二维面积的大小比较，从而获得面积最大的轮廓S；
[0030] 参考点坐标解析单元采用二维轮廓关系式 对面积最大的轮廓S进行参考点坐标的计算，从而得到低相干干涉条纹的中心条纹信息，如图6所示，图中圆圈即为低相干干涉条纹的中心条纹的标识。
[0031] 在二维轮廓关系式 中：
[0032] x表示圆心的横坐标；
[0033] y表示圆心的纵坐标；
[0034] N表示面积最大的轮廓S中的轮廓点的总数；
[0035] x1表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第1个点的横坐标；
[0036] y1表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第1个点的纵坐标；
[0037] x2表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第2个点的横坐标；
[0038] y2表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第2个点的纵坐标；
[0039] xN-1表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第N-1个点的横坐标；
[0040] yN-1表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第N-1个点的纵坐标；
[0041] xN表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第N个点的横坐标；
[0042] yN表示在面积最大的轮廓S的轮廓点中的第N个点的纵坐标。
[0043] 本发明的一种基于二维图像的低相干干涉中心条纹的提取装置及方法，发明人采用CMOS相机进行光信息的获取，改变了传统采用光电探测器进行光信号的转换形式。利用现有计算机成熟的计算能力和内嵌在计算机硬盘中的低相干干涉中心条纹提取模块，能够有效地提取、跟踪条纹图像中的中心条纹，同时可获取参考点的坐标并显示。采用CMOS相机与计算机(该计算机内存储有低相干干涉中心条纹提取模块)相结合，抗电磁干扰能力强，由于干涉条纹采集、处理部分不含有信号放大、滤波等电路，所以抗电磁干扰能力比较强。
