干涉云纹数字图像处理技术的研究与实现

摘要

云纹干涉法是一种具有大量程、极好的条纹质量、非接触测量、实时全场观测和分析的高灵敏度的光学测量方法，能够对物体表面的微小位移和变形场等物理量进行精确有效的测量。 数字图像处理技术应用到云纹干涉法中是近年来云纹干涉法发展的最显著的特点之一。本文研究了云纹干涉数字图像处理的整个过程，对现有的云纹干涉图像处理各个步骤中的常用方法进行比较和分析，提出了自己的解决方法，并自行编制了一套集图像采集与保存、条纹处理、位移和变形计算、结果显示功能为一体的云纹干涉数字图像处理软件。通过最后的变形计算结果来确定产品试样是否满足其生产的性能指标。 本文阐述了该系统的总体结构、硬件和软件实现以及工作流程。根据对云纹图像的特征研究，对现有的图像滤波的各种方法进行仿真分析，从而选取了一种最好的滤波方式；针对现有图像分割技术的不足，对分割后的图像采用了一种改进的区域填充方法；改进了传统的条纹细化方法，提高了细化条纹的质量；提出了一种新的条纹分叉修剪算法，从而使条纹连续且无分叉；为使得计算结果准确，本文把条纹端点连接到图像的边缘，并对各个条纹进行标记；为了得到更多的条纹级数数据，本文针对条纹图特点应用了一种插值算法；为了使处理结果接近实际，对位移场进行曲线拟合；通过计算得到的数据，本文编写了三维显示和二维显示的软件，从而有利于使用者直观的观察到云纹图在三维或二维坐标系中像素点与其位移或应变的对应关系。通过应变的最大值和最小值来确定试样是否满足其性能指标。结果表明，用以上方法编制的一套云纹干涉图像处理系统，可快速有效的判断出产品试样的变形度，从而指导生产，节约成本，提高产品质量。此套系统操作简单、界面友好、维护方便，具有很好的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1云纹干涉法的研究进展

1.1.1云纹干涉法研究概况

1.1.2云纹干涉法的基本原理

1.2干涉云纹数字图像处理的发展状况

1.3课题的目的和意义

1.4本人的主要工作

1.5本文结构

第二章干涉云纹图像处理系统设计方案

2.1数字图像的表示方法

2.2设计方案

2.2.1系统处理流程

2.2.2图像采集

2.3系统实现的功能

2.4本章小结

第三章云纹图像的预处理

3.1图像截取

3.1.1图像旋转

3.1.2图像裁剪

3.2图像增强

3.2.1图像平滑

3.2.2灰度变换

3.3图像阈值分割

3.3.1迭代阈值分割

3.3.2人工阈值分割

3.4图像处理中的人工干预

3.4.1人工画线

3.4.2人工擦除

3.5区域填充

3.6本章小结

第四章条纹级数的确定及其位移场和应变场的计算与显示

4.1引言

4.2条纹细化及其处理

4.2.1应用原理及方法

4.2.2条纹细化

4.3分叉修剪

4.4条纹滤波及延伸

4.5级数统计

4.6位移场和应变场计算

4.7位移场和应变场显示

4.7.1位移场显示

4.7.2应变场显示

4.8曲线拟合

4.9本章小结

第五章云纹干涉数字图像处理系统的实现

5.1云纹干涉数字图像处理系统的硬件设计

5.2云纹干涉数字图像处理系统的软件设计

5.2.1自编软件主界面外观及其菜单功能

5.2.2实验操作流程

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2进一步研究方向

参考文献

附录A：云纹干涉与图像采集系统实物图

致谢

硕士期间发表论文