机器视觉测量技术5条纹图像处理

1、机器视觉测量技机器视觉测量技术术第五章第五章 干涉条纹图像处理干涉条纹图像处理图像不一致，图像不显著，图像变形图像不一致，图像不显著，图像变形机器视觉测量技机器视觉测量技术术干涉条纹图像处理的目的是精确地、自动地提取条纹干涉条纹图像处理的目的是精确地、自动地提取条纹图的相位场分布，从而得出待测的物理量分布。图的相位场分布，从而得出待测的物理量分布。 随机噪声：由电子、热、光敏不均，光栅或物体不清随机噪声：由电子、热、光敏不均，光栅或物体不清造成条纹图噪声。造成条纹图噪声。系统噪声：背景光强的变化和条纹幅值的变化使图像系统噪声：背景光强的变化和条纹幅值的变化使图像质量退化质量退化( (对比度弱，

2、背景太强、太弱，变化大对比度弱，背景太强、太弱，变化大).).一一. 干涉条纹图像处理干涉条纹图像处理机器视觉测量技机器视觉测量技术术各种干涉条纹图的光强分布可用数学形式表达为各种干涉条纹图的光强分布可用数学形式表达为：I（x,y）=I0(x,y)+I1(x,y)cos(x,y)+In(x,y) 其中，其中，I0(x,y)为背景光强为背景光强 I1(x,y)为条纹幅值为条纹幅值 (x,y)为相位场为相位场In(x,y)为可加性随机噪声为可加性随机噪声1. 干涉条纹数学形式与特性干涉条纹数学形式与特性机器视觉测量技机器视觉测量技术术条纹图分布特征：条纹图分布特征： I（x,y）是唯一可测的量，即

3、已知量，）是唯一可测的量，即已知量，(x,y)为有待测量求解的物理量为有待测量求解的物理量.条纹图是对相位场条纹图是对相位场(x,y)的余弦调制结果，的余弦调制结果，表现为条纹分布。表现为条纹分布。IO(x,y)为变化的背景光强场，它主要取决于为变化的背景光强场，它主要取决于环境光场及被测物体的表面光学特征环境光场及被测物体的表面光学特征.机器视觉测量技机器视觉测量技术术0dt)y, x(d0dty)dI(x, I1(x,y)是变化的条纹幅值，也称条纹对比度。是变化的条纹幅值，也称条纹对比度。主要取决于光源、环境等条件。主要取决于光源、环境等条件。 条纹间距、条纹密度或条纹的空间频率表示相条纹

4、间距、条纹密度或条纹的空间频率表示相位场的变化梯度，变化梯度越大，条纹越密。同位场的变化梯度，变化梯度越大，条纹越密。同时决定灰度分布的变化梯度。时决定灰度分布的变化梯度。, 机器视觉测量技机器视觉测量技术术 dpy)(x,dmaxdn)y, x(ddp)y, x(dImaxdn)y, x(dI 即在切线上，相位场与灰度变化大约为零即在切线上，相位场与灰度变化大约为零 所以所以 条纹等值线对应于相位等值线条纹等值线对应于相位等值线 p p为某个求导方向为某个求导方向在法线上，相位场与灰度梯度变化最大在法线上，相位场与灰度梯度变化最大 条纹方位分布表示了相位变化的梯度方向条纹方位分布表示了相位变

5、化的梯度方向 在条纹的切线方向在条纹的切线方向t 上：上：0dt)y, x(d0dty)dI(x, 在条纹的法线方向在条纹的法线方向n 上：上：机器视觉测量技机器视觉测量技术术 由于由于cos的周期性，只能测量出相位场的的周期性，只能测量出相位场的2主值主值 若只考虑若只考虑cos的周期性的影响，条纹的中心线点的的周期性的影响，条纹的中心线点的相位为相位为n . 由于余弦的偶函数性由于余弦的偶函数性cos=cos(-),若没有其它光验信若没有其它光验信息，则无法从图像灰度信息中息，则无法从图像灰度信息中确定相位的符号确定相位的符号相位场的物理意义取决于所用相位场的物理意义取决于所用的实验技术。

6、即是那种实验干涉的实验技术。即是那种实验干涉条纹图（距离、位移、振幅、变条纹图（距离、位移、振幅、变形等）形等）机器视觉测量技机器视觉测量技术术二二. 数字条纹倍增法数字条纹倍增法双幅图条纹倍增法双幅图条纹倍增法条纹等差线中，有明场和条纹等差线中，有明场和暗场等差线之分，互为相反暗场等差线之分，互为相反)y, x(cos1暗场暗场ID=Id )y, x(cos1暗场暗场IL=Il IR(x,y)= )y,x(2cosIII)y,x(cos2II)II (2lll22ll2DLIl=Id机器视觉测量技机器视觉测量技术术任意相移双图条纹倍增法任意相移双图条纹倍增法 一幅条纹图使其相位场平移一幅条纹

7、图使其相位场平移 )y, x(cos)y, x(I)y, x(Iy)(x,I10两幅图作如下运算两幅图作如下运算 C2RI/)y,x(I)y,x(IIC221I /)y, x(cos()y, x(cosIC2221I / 2/)y, x(sin)(sinI4)y, x(2cos)y, x(I)y, x(I22C212I /)2/sin(I 2)y, x(I其中其中 IcIc为常量为常量, ,用以保持倍增后图像位于用以保持倍增后图像位于0,2550,255中中机器视觉测量技机器视觉测量技术术 单幅图条纹两倍倍增法单幅图条纹两倍倍增法将一幅条纹图背景和条纹振幅在全场常数化将一幅条纹图背景和条纹振幅

8、在全场常数化 I(x,y)=I0+I1cos (x,y) )y, x(2cosIII /I)y, x( I )y, x(10120II做简单运算做简单运算 机器视觉测量技机器视觉测量技术术 单幅图条纹三倍倍增法单幅图条纹三倍倍增法 对上述正则化条纹图对上述正则化条纹图, 利用下面的三角公式利用下面的三角公式 3cos4cos)3(cos3I)y, x( I 3I /I)y, x( I 4I)y, x(00300III)y, x(3cosII10作变换作变换 就实现了三倍倍增就实现了三倍倍增. 机器视觉测量技机器视觉测量技术术三三. 条纹图像旋滤波算法条纹图像旋滤波算法旋滤波思想：旋滤波思想：

9、找出条纹的切线方向，只在切线方向上对条纹图进找出条纹的切线方向，只在切线方向上对条纹图进行低通滤波。行低通滤波。 机器视觉测量技机器视觉测量技术术找出条纹灰度的等值线，在灰度等值线上作低通滤波找出条纹灰度的等值线，在灰度等值线上作低通滤波 这样既滤掉噪声，又不对条纹产生模糊、畸变效应。这样既滤掉噪声，又不对条纹产生模糊、畸变效应。机器视觉测量技机器视觉测量技术术构造一个一维滤波窗口构造一个一维滤波窗口绕当前像素点旋转一周绕当前像素点旋转一周确定条纹切线方向确定条纹切线方向在切线方向进行低通滤波。在切线方向进行低通滤波。步骤：步骤：以当前点为中心的以当前点为中心的nn像素点窗口内像素点窗口内,等

10、角等角度间隔的方向滤波线度间隔的方向滤波线机器视觉测量技机器视觉测量技术术在每条方向滤波线上，计算其灰度平均值在每条方向滤波线上，计算其灰度平均值A：n1lklkijGn1Aij表示当前点的位置，表示当前点的位置，k表示第表示第k个方向个方向 计算每个方向线上各点灰度值与该线均值之差的计算每个方向线上各点灰度值与该线均值之差的绝对值之和，或均方差绝对值之和，或均方差 kijn1lklkijAGD2kijn1lklkij)AG(D或或kijD表示了表示了K方向上的灰度分布的变化方向上的灰度分布的变化 机器视觉测量技机器视觉测量技术术在条纹的切线在条纹的切线kk方向，方向， kijD取极小值取极小值kijD)Dmin(dirkkkij沿条纹切线方向沿条纹切线方向kk进行一维中值滤波或均值滤波进行一维中值滤波或均值滤波 中值滤波：将该方向排序为中值的灰度取代当前点的中值滤波：将该方向排序为中值的灰度取代当前点的灰度。（可滤去孤立的大噪声）灰度。（可