光学实验中图像处理应用的研究

摘要

图像测量技术是以现代光学为基础，融光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等科学技术为一体的现代测量技术。其应用领域正在不断扩大。近年来，将现代科学新技术与基础实验相结合，运用图像处理技术对光学图像进行处理是光学实验主要发展趋势。本文在对前人研究工作进行分析讨论的基础上，针对普通物理的光学实验中传统观察和测量手段存在的问题，利用CMOS视频摄像头和计算机结合传统光学实验系统，构建廉价的数字图像采集系统，解决了实验观察及演示难的问题，进一步提高了测量精度。在运用图像处理技术处理双棱镜干涉条纹图像时，提出先用数学形态滤波方法消除干涉图像的噪声；再用区域滤波方法结合灰度平均值的方法来确定图像二值化的阈值t，对图像进行二值化，较好地解决了实验中直边衍射带来的影响；最后用数学形态学的膨胀、腐蚀、开闭运算和细化方法，得到单像素的干涉条纹。实现干涉条纹中心的精确定位和干涉条纹间距的精确测量。 本研究将现代图像处理技术合理地溶入普通物理实验中的光学实验中，在实验中运用现代观察和测量手段，实现数字成像技术、图像处理技术和传统技术的结合。这种做法既体现现代技术的作用，使学生学到并掌握先进的实验技术，又不影响实验基本技能的训练，充分体现传统技术与现代科技相结合的优越性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2本文主要工作和研究意义

1.3本文的章节安排

第二章传统光学实验系统

2.1分光计用于掠射法测定透明介质的折射率

2.1.1掠入射法测定玻璃棱镜的折射率测量原理：

2.1.2传统实验装置和实验要求

2.1.3传统观察和测量手段存在的问题

2.2用双棱镜干涉测钠光波长

2.2.1双棱镜干涉原理

2.2.2传统观察和测量手段存在的缺陷

2.3牛顿环干涉测透镜的曲率半径

2.3.1牛顿环干涉的实验原理

2.3.2传统实验的观察和测量方法

2.3.3传统观察和测量手段存在的缺陷

2.4本章小结

第三章数字图像采集系统

3.1数字图像处理概述

3.1.1数字图像

3.1.2数字图像处理基本原理

3.1.3数字图像处理的基本步骤

3.1.4图像在空域上的处理

3.1.5数字图像处理的常用语言-MATLAB简介

3.2光学图像的采集系统

3.2.1采集系统结构

3.2.2 CMOS数字摄像头工作原理及其参数

3.3本章小结

第四章光学干涉条纹的图像处理

4.1干涉条纹的形成原理及干涉图样的特性

4.2光学干涉图样的数字化处理

4.2.1干涉条纹图的图像剪切

4.2.2干涉图像的图像增强

4.2.3图像对比度增强

4.2.4干涉条纹图的二值化

4.2.5干涉条纹图像的腐蚀细化处理

4.2.6干涉条纹条纹间距及虚光源像间距的测量

4.3本章小结

第五章结论与展望

致谢

参考文献

研究成果

附录