数字图像处理技术在干涉仪中的应用

　　随着计算机软硬件技术的迅猛发展，数字图像处理已成为学术研究及工程应用中一个非常重要的领域.数字图像处理是指利用计算机或其他数字设备对图像信息进行各种加工和处理，它是一门新兴的应用学科，其发展异常迅速，应用领域极为广泛[1].采用基于图像处理的计算机视觉技术进行检测可靠性好，准确率高，可以提高检测精度、速度、自动化程度[2].

　　1　系统原理及组成

　　系统是以CCD(charge-coupled　device)图像传感器为主要元件构造而成，将CCD图像传感器安装在干涉仪目镜位置，被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出.此系统主要由3部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示.图像处理技术主要用于2个方面，一是干涉仪的定度，二是量块长度的测量.

　　1.1　干涉仪定度原理

　　干涉仪的定度即是确定目镜分化板标尺的刻度值，定度时所使用的长度标准量是滤光片透过光的中心波长λ(检定数值).

　　从干涉仪工作原理已知，m 条干涉条纹所表示的空间长度为

　　其中：m 为干涉条纹(移动量)，λ为光波波长.

　　而在m 条条纹间隔里包含有n 个标尺刻度，则标尺刻度值i为

　　1.2　测量原理

　　量块长度的测量采用的是微差比较测量法，用已知尺寸的高一等量块作为标准量，测量出被测量块与标准量块的差值，则被测量块的长度尺寸为

　　式中，L标为标准量块的中心长度尺寸，检定数值.

　　2　图像处理系统

　　由于光学镜头的原因和噪声等因素，采集到的干涉条纹图像精度会受到一定的影响.图像处理的目的是将传送过来的图像数据按照系统的目标进行处理分析，以便提取其特征.本系统的目的是获得准确清晰的干涉条纹.采取的具体图像处理过程如图1所示.

　　2.1　图像处理方法

　　首先通过CCD图像传感器获取主窗口当前位置显示的图像内容，并返回图像存储数组的指针和图像的高度、宽度等信息，将真彩色图像转换为灰度图来处理，以加快图像处理的速度以及缩减存储空间[3]，之后程序根据返回的信息计算每一列像素3个分量的和，再将所有和相加.根据这个特征提取得到的值，在对话框上画出其对应的相对高度直线，这样就得到处理后的图像，如图2所示.

　　2.2　图像处理技术

　　处理后的图像为原始图像每列像素R，G，B 分量值累计和波形图，像素的R，G，B 分量值越小表示的颜色越暗，通过寻找波形图的极小值点来确定黑条纹中心[4].但考虑到CMOS器件各光敏像素响应不均匀、图像光强分布的随机波动及绝大多数情况下，条纹中心距不是光敏元中心距的整数倍等一系列因素的影响，此极小值只表明黑条纹中心的大致位置.