干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法和系统

摘要

本发明提供一种干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法，其包括：获取均匀电场下施加电压前的背景图像，提取所述背景图像中明条纹的骨架线；在所述背景图像中选取一条明条纹作为目标条纹；根据所述目标条纹设置像素区间，并获取所述像素区间中点的参考行坐标；获取均匀电场下施加电压后的所述加压图像，提取所述加压图像中明条纹的骨架线；在所述加压图像中，设置垂直经过所述像素区间中点的参考线，并获取所述参考线与各条纹交点的移动行坐标；计算所述移动行坐标与所述参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹为移动后的所述目标条纹。本发明进一步提供干涉条纹法中目标条纹的选取与识别系统。可以准确地获取目标条纹的位移量。

权利要求

1.一种干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法，其包括：

获取均匀电场下施加电压前的背景图像，提取所述背景图像中明条纹的骨架线；

在所述背景图像中选取一条明条纹作为目标条纹；

根据所述目标条纹设置像素区间，并获取所述像素区间中点的参考行坐标；

获取均匀电场下施加电压后的所述加压图像，提取所述加压图像中明条纹的骨架线；

在所述加压图像中，设置垂直经过所述像素区间中点的参考线，并获取所述参考线与各条纹交点的移动行坐标；

计算所述移动行坐标与所述参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹为移动后的所述目标条纹。

2.如权利要求1中所述的目标条纹的选取与识别方法，其特征在于：在所述背景图像中选取一条明条纹作为目标条纹的步骤中，所述目标条纹的选取的原则包括：位于整幅图像的中间位置、条纹宽度相对较大、条纹的对比度相对较高且分支相对较少、过渡平滑无断点。

3.如权利要求2所述的目标条纹的选取与识别方法，其特征在于：在所述背景图像中选取一条明条纹作为目标条纹的步骤中，所述目标条纹选取三条相邻明条纹中位于中间位置的一条明条纹。

4.如权利要求1中所述的目标条纹的选取与识别方法，其特征在于：所述根据所述目标条纹设置像素区间的步骤中，所述像素区间为从所述目标条纹的中心开始沿条纹延伸方向向两侧选取，所述像素区间的中点位于所述目标条纹上，且靠近所述目标条纹的中心。

5.如权利要求1中所述的目标条纹的选取与识别方法，其特征在于：所述预设范围为相邻两条明条纹之间的间距的二分之一。

6.一种干涉条纹法中目标条纹的选取与识别系统，其特征在于，包括：

图像预处理装置，能够分别获取均匀电场下施加电压前的背景图像和施加电压后的加压图像，并提取所述背景图像中明条纹的骨架线和所述加压图像中明条纹的骨架线；

像素区间选取装置，能够根据所述背景图像中选定的目标条纹设置像素区间及在所述加压图像中设置垂直经过所述像素区间中点的参考线；

目标条纹识别装置，能够分别获取所述背景图像中所述像素区间中点的参考行坐标及所述加压图像中各条纹与所述参考线交点的移动行坐标，计算所述移动行坐标与所述参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹识别为移动后的所述目标条纹。

7.如权利要求6中所述的目标条纹的选取与识别系统，其特征在于：还包括图像采集装置，能够采集所述背景图像和所述加压图像，并传送给所述图像预处理装置。

8.如权利要求6中所述的目标条纹的选取与识别系统，其特征在于：所述像素区间选取装置包括能够在所述背景图像和所述加压图像中画出标示线的标记单元。

9.如权利要求6中所述的目标条纹的选取与识别系统，其特征在于：所述目标条纹识别装置包括读取选定像素点行坐标的坐标读取单元、计算选定像素点的行坐标差值的计算单元、以及根据所述计算单元的计算结果判断所述差值是否属于预设范围内的判断单元。

10.如权利要求6中所述的目标条纹的选取与识别系统，其特征在于：还包括能够自动选取目标条纹的目标条纹选取装置，所述目标条纹的选取原则包括：位于整幅图像的中间位置、条纹宽度相对较大、条纹的对比度相对较高且分支相对较少、过渡平滑无断点，所述选取原则可根据实际情况设置不同优先级。

说明书

干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及液体介质电场测量领域，尤其涉及一种通过双光路干涉测量液体介质电场的干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法和系统。

背景技术

[0002] 干涉条纹法在液体介质电场测量领域因其快速性、直观性、实时性相比其他方法具有较大的优越性而逐步被广泛采用。

[0003] 采用干涉条纹法测量液体介质电场的原理大致如下：

[0004] 在均匀电场下，由于某些液体介质的电致双折射性质，光路中的参考光束与测量光束之间的相位差发生变化，因而在成像装置上干涉条纹会呈现平行移动，因此，利用图像传感器(Charge-coupled Device，CCD)装置分别拍摄未施加电压和施加电压后的干涉图像，通过条纹的位移量和明暗条纹间距可以计算出外施电场的大小。

[0005] 然而，上述干涉条纹法的使用存在以下问题：

[0006] 利用CCD装置拍摄的干涉图像在进行预处理后的背景图像中，需要选择移动前的目标条纹，然后在加压图像中对目标条纹进行识别和定位，才能准确地根据条纹位移量计算电场强度。在现有技术中，论文《干涉条纹检测微动位移的图像处理方法》(《智能计算机与应用》，第1卷第4期，2011年12月)，简述了干涉图像的预处理流程，其中干涉条纹的处理流程包括去除背景和噪声、二值化、细化、计算位移等；论文《基于CCD采集的Mach-Zehnder干涉条纹图的处理算法》(《应用光学》，第26卷第2期，2005年3月)描述了条纹宽度的计算方法。然而，针对均匀电场下干涉条纹的场致位移，现有技术中并没有对如何选取目标条纹以及识别移动后的目标条纹提供好的解决方案，导致根据条纹位移量计算电场强度的实施性不强。

发明内容

[0007] 基于此，本发明在于提供干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法，能对均匀电场下得到的干涉条纹图像进行智能化处理，快速地选取和识别目标条纹以准确地根据条纹位移量计算电场强度。

[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法，其包括：获取均匀电场下施加电压前的背景图像，提取所述背景图像中明条纹的骨架线；在所述背景图像中选取一条明条纹作为目标条纹；根据所述目标条纹设置像素区间，并获取所述像素区间中点的参考行坐标；获取均匀电场下施加电压后的所述加压图像，提取所述加压图像中明条纹的骨架线；在所述加压图像中，设置垂直经过所述像素区间中点的参考线，并获取所述参考线与各条纹交点的移动行坐标；计算所述移动行坐标与所述参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹为移动后的所述目标条纹。

[0009] 根据本发明的另一个方面，提供一种干涉条纹法中目标条纹的选取与识别系统，包括图像预处理装置，能够分别获取均匀电场下施加电压前的背景图像和施加电压后的加压图像，并提取所述背景图像中明条纹的骨架线和所述加压图像中明条纹的骨架线；像素区间选取装置，能够根据所述背景图像中选定的目标条纹设置像素区间及在所述加压图像中设置垂直经过所述像素区间中点的参考线；目标条纹识别装置，能够分别获取所述背景图像中所述像素区间中点的参考行坐标及所述加压图像中各条纹与所述参考线交点的移动行坐标，计算所述移动行坐标与所述参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹识别为移动后的所述目标条纹。

[0010] 该目标条纹的选取与识别方法和系统通过在背景图像中设置像素区间以及在加压图像中根据像素区间设置参考线的方式，使得在加压图像中目标条纹的识别能够根据条纹与参考线之间的位置关系进行确定，从而能够迅速、准确地定位目标条纹，从而可以准确地获取目标条纹的位移量，为根据条纹位移量计算电场强度奠定了基础，在干涉条纹电场测量领域具有重要的实际意义。

附图说明

[0011] 图1为本发明一实施例所提供的干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法。

[0012] 图2为本发明另一实施例所提供的干涉条纹法中目标条纹的选取与识别系统的结构示意图。

[0013] 图3为图2所示目标条纹的选取与识别系统的详细结构示意图。

[0014] 图4为本发明第二实施例所提供的干涉条纹法中目标条纹的选取与识别系统的结构示意图。

[0015] 附图标记说明

[0016] 10 图像预处理装置

[0017] 20 像素区间选取装置

[0018] 21 标记单元

[0019] 30 目标条纹识别装置

[0020] 31 坐标读取单元

[0021] 32 计算单元

[0022] 33 判断单元

[0023] 40 图像采集装置

[0024] 50 目标条纹选取装置

具体实施方式

[0025] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

[0026] 请参阅图1，为本发明一实施例所提供的干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法，其包括：获取均匀电场下施加电压前的背景图像，提取背景图像中明条纹的骨架线；在背景图像中选取一条明条纹作为目标条纹；根据目标条纹设置像素区间，并获取像素区间中点的参考行坐标；获取均匀电场下施加电压后的加压图像，提取加压图像中明条纹的骨架线；在加压图像中，设置垂直经过像素区间中点的参考线，并获取参考线与各条纹交点的移动行坐标；计算各条纹的移动行坐标与参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹为移动后的目标条纹。

[0027] 该目标条纹的选取与识别方法通过在背景图像中设置像素区间以及在加压图像中根据像素区间设置参考线的方式，使得在加压图像中目标条纹的识别能够根据条纹与参考线之间的位置关系进行确定，从而能够迅速、准确地定位目标条纹。

[0028] 其中，通过干涉条纹法获取均匀电场下施加电压前的背景图像，提取背景图像中明条纹的骨架线的步骤，及获取均匀电场下施加电压后的加压图像，提取加压图像中明条纹的骨架线的步骤，可以通过CCD装置分别拍摄未施加电压前的背景图像和施加电压后的加压图像，然后对背景图像和加压图像分别进行预处理的方式实现。其中，施加电压的方式可以为在3mm间距平板电极下施加9kv冲击电压，在峰值处获得加压图像。预处理的方式至少包括像增强和SUSAN滤波两项预处理操作，然后用二值图法提取所有明条纹的骨架线，将骨架线显示在原图上。SUSAN滤波算法是一种保持结构的滤波算法，其实质是利用相似比较函数和高斯函数乘积作为权重的加权滤波。获得背景图像和加压图像并对其预处理以得到明条纹骨架线的具体方式可以通过现有技术实现，在此不再赘述。

[0029] 在背景图像中选取一条明条纹作为目标条纹的步骤中，目标条纹的选取优选考虑以下四个原则，第一，位于整幅图像的中间位置的条纹，第二，条纹宽度相对较大的条纹，第三，对比度相对较高、杂乱分支相对较少的条纹，第四，过渡平滑无断点的条纹。其中，四个原则可以根据实际情况自由量裁，能够全部同时满足的情况为最优情况。优选地，目标条纹还可以选取相邻的三条明条纹中位于中间位置的一条明条纹。通过上述方式选取更为合适的目标条纹，可以减少干扰因素，提高整个方法中目标条纹的识别效率和准确度。

[0030] 在根据目标条纹设置像素区间，并获取像素区间中点的参考行坐标的步骤中，像素区间为从目标条纹的中心开始沿条纹延伸方向向两侧选取尽可能宽的范围。通常，条纹会略呈曲线形状，设置像素区间可以目标条纹的中心为中点画水平线，且水平线的长度尽量覆盖住目标条纹中间区域过渡平滑无断点的部分。像素区间的选取应该尽量避免目标条纹的曲度较大的两端区域。像素区间的中点位于目标条纹上，且尽量靠近目标条纹的中心。优选地，像素区间的中点与目标条纹的中心重合。像素区间中点的行坐标为参考行坐标y0。

[0031] 在加压图像中，设置垂直经过像素区间中点的参考线，并获取参考线与各条纹交点的移动行坐标的步骤中，参考线经过像素区间的中点，且与像素区间垂直。参考线的长度设置应使其尽量能够与整幅图像中的条纹相交，从而方便确定各条纹与参考线的交点，以获取各交点的行坐标，由于加压图像中的各条纹是背景图像中条纹移动后组成的，因此，为便于描述，将各条纹与参考线的交点的行坐标称为移动行坐标yi(i＝1，2，3…k，k为图像中明条纹的数量)。

[0032] 在计算各条纹的移动行坐标与参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹为移动后的目标条纹的步骤中，所述预设范围根据液体介质电场的性质而确定，其通常满足的条件如下公式：

[0033] |y0-yi|＜d/2；

[0034] 其中，y0为参考行坐标(背景图像中像素区间中点的行坐标)，yi为移动行坐标(加压图像中各条纹与参考线的交点的行坐标)，d为相邻两条明条纹的间距。如本实施例中，将移动行坐标与参考行坐标相减，其中y1-y0＝88、y2-y0＝50、y3-y0＝90，而相邻两条明条纹的间距为124个像素点，因此加压图像中行坐标为y2的条纹即为移动后的目标条纹。

[0035] 通过本实施例所提供的干涉条纹法中目标条纹的选取与识别方法，能对均匀电场下得到的干涉条纹图像进行智能化处理，快速定位目标条纹，为根据条纹位移量计算电场强度奠定了基础，在干涉条纹电场测量领域具有重要的实际意义。

[0036] 请参阅图2，为本发明另一实施例所提供的干涉条纹法中目标条纹的选取与识别系统，包括图像预处理装置10，用于分别获取均匀电场下施加电压前的背景图像和施加电压后的加压图像，并提取背景图像中明条纹的骨架线和加压图像中明条纹的骨架线；像素区间选取装置20，用于根据背景图像中选定的目标条纹设置像素区间及在加压图像中设置垂直经过像素区间中点的参考线；目标条纹识别装置30，用于分别获取背景图像中像素区间中点的参考行坐标及加压图像中各条纹与参考线交点的移动行坐标，计算各条纹的移动行坐标与参考行坐标的差值，差值小于预设范围的条纹识别为移动后的目标条纹。

[0037] 该目标条纹的选取与识别系统还包括图像采集装置40，用于采集施加电压前的背景图像和施加电压后的加压图像，并传送给图像预处理装置。该图像采集装置可以为CCD图像传感器，其可以至少100000fps的采样速率采集并传输干涉条纹图像。

[0038] 图像预处理装置10，对背景图像和加压图像分别进行预处理以得到图像中明条纹的骨架线，其中预处理的方式至少包括像增强和SUSAN滤波两项预处理操作，然后用二值图法提取所有明条纹的骨架线，将骨架线显示在原图上。图像预处理装置可以为装设有通过上述方式处理图像的软件的计算机系统。

[0039] 请同时参阅图3，像素区间选取装置20，包括能够在背景图像和加压图像中画出标示线的标记单元21。具体的，标记单元21能够于背景图像中选定的目标条纹的中间区域沿目标条纹的延伸方向画水平线作为像素区间，其中水平线的长度尽量覆盖住目标条纹中间区域过渡平滑无断点的部分，且避免目标条纹两端曲度较大的区域。像素区间的中点位于目标条纹上，且尽量靠近目标条纹的中心。优选地，像素区间的中点与目标条纹的中心重合。标记单元还能够于加压图像中以像素区间的中点做垂直像素区间的直线作为参考线。参考线的长度设置应使其尽量能够与整幅图像中的条纹均相交。

[0040] 其中，背景图像中的目标条纹的选取可以通过操作人员手动选取，也可以通过软件自动选取。如图4所示，如果通过自动选取方式选取目标条纹，则该目标条纹的选取与识别系统还包括目标条纹选取装置50。目标条纹的选取主要考虑以下四个原则，第一，位于整幅图像的中间位置的条纹，第二，条纹宽度较大的条纹，第三，对比度相对较高、杂乱分支相对较少的条纹，第四，过渡平滑无断点的条纹。其中，手动选取目标条纹时四个原则可以根据实际情况自由量裁，能够同时满足的情况为最优情况。自动选取则可以根据实际情况对四个原则设置不同优先级实现。优选地，目标条纹还可以选取相邻的三条明条纹中位于中间位置的一条明条纹。

[0041] 目标条纹识别装置30，包括显示读取像素点行坐标的坐标读取单元31、计算选定像素点的行坐标差值的计算单元32、以及根据计算单元32的计算结果判断差值是否属于预设范围内的判断单元33。其中，所述预设范围根据液体介质电场的性质而确定，其通常满足的条件如下公式：

[0042] |y0-yi|＜d/2；其中，y0为参考行坐标(即背景图像中像素区间中点的行坐标)，yi为移动行坐标(即加压图像中各条纹与参考线的交点的行坐标)，d为相邻两条明条纹的间距。

[0043] 所述相邻两条明条纹的间距可通过坐标读取单元31分别读取相邻两条明条纹上像素点的行坐标值，通过计算单元32计算出差值而得到。该目标条纹识别装置30根据判断单元33的判断结果能够迅速准确地确定移动的目标条纹，从而可以准确地获取目标条纹的位移量，为根据条纹位移量计算电场强度奠定了基础，在干涉条纹电场测量领域具有重要的实际意义。

[0044] 以上描述了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。