CCD及伪彩色增强技术对牛顿环的无损研究

CCD及伪彩色增强技术对牛顿环的无损研究 大 . 西安科技 学 学 报 . 第卷第期 . 玎“ 年月 ?’ 文章编号:??? 及伪彩色增强技术对牛顿环的无损研究 庞绍芳,张永元,王亚民 西安科技大学理学院,陕西西安 摘要:基于成像技术将牛顿环干涉图像通过图像采集卡转换为数字图像,并 利用伪彩色增 强技术对图像进行无损处理,克服了灰度图像不清晰的缺点;用图像测量软 件计算了牛顿环的曲 率半径,数据处理结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:图像无损处理方法的测量精度明显提高。 关键词:;牛顿环;伪彩色增强技术 . 中图分类号: 文献标志码: 引 言 用牛顿环来观察和研究光的等厚干涉现象是高校理工科专业的经典实验。传 统实验采用移测显微 镜观察条纹变化,此过程中视场范围小,人工计数效率不仅低且容易产生视差?。近几年来,为了提高实 验测量的效率和精度,研究者们将计算机技术引入到实验中,利用技术采集牛顿环图像,通过图像采 集卡将图像数据采集到计算机。。由于所采集到的是灰度图像,与背景的对比度很差,加上眼睛对灰度 不是很敏感,测量也容易产生误差。 成像技术把牛顿环图像转换为计算机可以识别的数字图像,与灰度图像相比,人眼对彩色图像 的辨别能力强很多,利用这个特点将伪彩色图像增强技术应用到牛顿环图像无损处理,实验测量精度有 了较大的提高。同时将牛顿环传统实验方法与现代科技相结合的这种实验教学模式,可以推广应用到其 它的实验项目中去。 通过反光镜使单色光垂直照射牛顿环装置,经过平凸透 光。。\光 一酞弋队弋抄州抖。 镜的凸面与玻璃平板之问的空气薄膜的上、下表面反射的两 \ 釜兰彩 束光产生干涉,在平凸透镜的凸面形成的图像是中心为暗斑 卜古. .?封:::芝。 慕?鬻盘。国。 十 尺羔羔. 收藕日期:一一 基金项目:陕西省教育厅科研计划项目资助, 通讯作者:庞绍芳一,女,山东菏泽人,讲师,主要从事物理教学和图像处理 万方数据第期 庞绍芳等:及伪彩色增强技术对牛顿环的无损研究 劳,读数容易出错,给测量带来很大的影响。由于摄像器分辨率高、灵敏度高,而且可以实现图像的 传输和处理,经常被应用到光学检测技术。根据牛顿环实验具体情况,引入技术心“】。 把安装在支架上,再将固定支架安装在显微镜的目镜上,使摄像机镜头中心对准目镜中 心,输出视频信号干涉条纹通过视频线与图像采集卡连接,由计算机接收显示,供学生观察,由于 读数显微镜的十字叉丝刻度线和背景对比度比较小,经转换为视频图像时,如不进行处理,图像很不 清晰。所以在文中中引入伪彩色对图像的增强技术来增加图像与背景的对比度,处理后的图像读数容易 且精确,使误差大大减小,流程图如图所示。 伪彩色技术对牛顿环的无损处理 经各种扫描仪或数字化仪得到的数字图像大多数存储为类型的灰度图像,例 如,光图像、光 的干涉、衍射图像。灰度图像是包含灰度级亮度的一个数组矩阵。该矩阵的每一个元素对应于图像 的一个像素点,元素的数值代表一定范围内的灰度级。通常代表黑色,代表白色,~将显示为 灰影。但是人眼只能分辨几十种不同深浅的灰度级,这就会使图像中的一些有用信息丢失。对于彩色图 像这一问题却不会出现,因为人眼能够分辨几千种不同的颜色。因此在图像处理中常常借助色彩来处理 图像,以增强人眼的视觉效果。 图像采集卡卜. 黧蓁卜削囊。恼 伪彩色图像增强 图牛顿环图像处理与测量流程图 习.趴 ?谢 伪彩色增强是一种将二维图像像素逐点映射到由三基色确定的三维色度空间中的技术。其目的在 于利用人眼对色彩的敏感性,应用伪彩色技术使图像中的不同物体具有一定色差,从而提高人对图像的 分辨能力。将单色图像映射为一幅彩色图像,其映射关系可以用以下公式来表示 ,石,,靠叭算, 并,,%伙石,. 【戈,,,%叭石, 以菇,,,表示图像石,,,处的像素值;靠,%,咒为三色与灰度的变换函数。并,点的色彩则由髫, ,,,,戈,的比值决定。,,表示黑色,,,表示白色,,,表示红色,, ,表示绿色,,,表示蓝色。从图中可以看出人眼对彩色图像的敏感程度要高于灰色图像, 因此对灰度图像进行伪彩色增强处理可以提高图像的分辨率。 文中采用文献中所提到伪彩色加强的方法,用 编程很容易实现‘ 。这样避免了部分颜色利用不到的缺点,同 ,蓑,:.罐 时灰度值比较集中的地方颜色相对较多,增大了颜色对比度。这 样更有可能突出图像特征,使得图像的分辨能力进一步提高。 对牛顿环图像应用伪彩色增强技术后,图像整体的清晰度加 图灰譬级与粤彩争对比图 。唧趴 ?。。 锄 以改善的同时弥补了个别细节不清、对比度差的缺陷,达到了对 牛顿环图像的无损处理。如图为采集到计算机上的牛顿环原始图像,图为文献中提到的伪 彩色增强方法对牛顿环图像高频加强图像。从图中可以看出经伪彩色增强后的牛顿环图像能很好地 反映原始牛顿环图像的特征,图像质量有了很大的提高。 万方数据 年 西安科技大学学报 图伪彩色增强的牛顿环图像 图牛顿环原始图像 . 蚰 卅? . 科 结果与讨论 ?. 传统方法‘ 测多组牛顿环的实验数据见表.由式计算牛顿环的曲率半径为. ,与生产厂家的标定值. 相比,其相对误差为.%. 表牛顿环实验数据咖呜麟雕响咖 利用图形测量软件‘对用伪彩色技术加强后的牛顿环图像进行测量,分别测 得多组暗环半径,数据 见表.由式得尺. ,其相对误差为.%. 表牛顿环曲率半径数据 . 协幻 朔聆髓啷地咖 哩 . ,, . . . . . .矗 . . . . . . 一 . . . . . . 一 一. . ?. . . 一 一 一 . . . . . 平均曲率半径肜一 结论 传统的牛顿环干涉实验与摄像机和计算机连接起来,将模拟图像转为计算机可以识别的数字图 像,基于伪彩色增强技术对牛顿环图像进行无损处理,利用图像测量软件测量出不同级数暗环直径并计 算出透镜的曲率半径,结果表明,增强后图像的测量误差比未增强的灰度图象的测量误差明显减小。所 以和伪彩色增强技术与牛顿环实验结合的这种实验教学模式,完全可以作为独立的综合性实验应用 于其它物理实验的图像观测中。 眦髑 参考文献 舒秦.大学物理实验.西安:陕西科学技术出版社,. ?曲 . .’孤:】【 嚼 髓,. 万方数据第期 庞绍芳等:及伪彩色增强技术对牛顿环的无损研究 金丹青.在光学实验中的应用.宁波广播电视大学学报,,:?. ?. 叩 . ,,: ?. 石朝阳.在牛顿环??光的干涉实验中的应用.科技信息,:?.’ ?.曲 .&,山瑚, :?. 马力.在牛顿环实验中的应用.南昌大学学报,,:?. 砒’ “. . ,,:?. 张建兵,仝虎.基于牛顿环??曲率半径计算的数字图像测量软件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与应用. 实验室科学,, :一. 七, . “’ ,,:?. . 余小英.数字图像技术在牛顿环试验中的应用.南宁师范高等专科学校学 报,,:?.叭’ 一. 舀 如. ,,:一. 夏雪琴.牛顿环实验数据处理方法的探究.浙江海洋学院学报,,:?. ? 叭’. ?., . ,,:一. 徐飞,施晓红.应用图像处理.西安:西安电子科技大学出版社,. ,..’:’ ,. 胡昌华,张军波.基于的系统分析与设计.小波分析.西安:西安电子科技大学 出版社,. ?.? .,培. .’:’,. 张代英,庞绍芳,陈跃宁.基于小波分析和伪彩色处理的低对比度图像增强. 光学技术,,:?. ?, ?, ?.?. ,,:一. . ’ ? ?, ?, 妇矿曲眦,瓜’?凡‰僻瑙妙矿&泌加 蒯%加【,崩’几,吼眦 珊’ : , ,? ’ ; ,?’? , ? . 卜 . :;’ ; : 咚 一胁,’,’ ,..,:一,?:铲. 万方数据