嵌入式干涉条纹处理系统研究

发布时间：2020-07-15 07:17

【摘要】：基于光学干涉原理的面形检测技术在现代光学检测技术领域拥有十分重要的地位,该项技术相比传统面形检测方法有更高的测量精度与灵敏度,同时具有非接触性测量与全场测量的显著优点。干涉条纹图像是干涉仪输出的主要内容,其承载了待测元件的所有相关信息,因此针对干涉条纹图像处理方法的研究正是提高干涉测量技术水平的关键所在。目前的干涉条纹图像处理算法种类繁多,但仍存在缺陷与改进空间。同时,当前的干涉图像处理平台多由于其造价昂贵或体积过大,不能在光学器件生产车间得以普及。因此,进一步研究干涉条纹图像处理改进算法具有一定的学术意义,在此基础上研制出一款具有更高性价比的嵌入式干涉图像处理设备也具有很高的实用价值。本论文针对嵌入式干涉条纹处理系统进行了以下研究:1)从光学干涉测量的基本原理出发,对当前常用的几类干涉条纹处理方法进行了对比研究,并着重分析了现有干涉条纹傅里叶变换处理方法存在的缺陷,针对其在干涉图延拓和载频估计问题上存在的不足提出了改进方案,即采用一种基于快速傅里叶变换(FFT)的迭代算法对原条纹图像进行延拓,并通过平滑处理过程解决了延拓区域边缘像素点灰度值突变问题,进而基于插值FFT算法对延拓图像的二维频谱进行旁瓣谱峰位置精确估计,从而有效减少了移除载频时产生的误差。2)阐述了嵌入式干涉条纹处理系统的硬件设计,在分析系统实际需求的基础上,分别给出了相应的ARM处理器模块、图像采集模块以及LCD显示模块的相关电路设计。3)在完成硬件设计基础上进一步说明了系统软件设计过程,包括Linux内核向嵌入式处理器的移植以及干涉条纹处理软件设计。在应用软件的设计过程中,以本文提出的改进傅里叶变换处理方法为核心,实现了系统对干涉条纹图像进行采集、处理并实时显示测量结果的功能。4)在实际光学干涉测量环境下对嵌入式系统的功能进行了验证试验,结果表明,该系统性能满足设计要求。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;O436.1
【图文】：

方法流程,延拓,干涉条纹处理,二维频谱

２光学干涉测量与干涉条纹处理逦硕士学位论文逡逑过平滑处理过程解决了延拓区域边缘像素点灰度值突变问题，进而基于插值ＦＦＴ算法对逡逑延拓图像的二维频谱进行精确的旁瓣谱峰位置估计，从而有效减少了移除载频时产生的逡逑

二维频谱,干涉条纹图,旁瓣,频谱

逦嵌入式干涉条纹处理系统研宄逡逑相应的二维傅里叶变换后的频谱如图２．５所示。逡逑ｘｉ0７逦．．．．．．．．．．．．．—．．．．．．．．．．ｉｆ．．．．．．．．．ｒ．．．、逡逑３逦！邋．．．．．．．．ｉｒ邋Ｉ．．．．．．．．逦ｉ逦．．．＇、逡逑：邋邋：邋：邋：逦？？？－．邋．邋：邋：逡逑逦—？！逦ｉ邋Ｉ逦ｉ逡逑２、＊＂．逦！逦１？？？？？？！？？？！逡逑｜逦．．．．．．．．．－－＾ｚ．．．．．．．邋ｉ邋．．．．．．ｉ：．．．．．．．．逦．．．．Ｉ逡逑ｙ方向频率邋００逦ｘ方向频率逡逑图２．５干涉条纹图像二维频谱逡逑选定代表条纹信息的两个旁瓣区域，将除去选定区域的其余所有频谱成分滤除；然逡逑后对滤波后的频谱作逆变换得到新图像，如图２．６邋（ａ）所示。接着用原图像中非拓展条逡逑纹区域的像素值替换新图像中的相同位置，如图２．６邋（ｂ）所示。再次对替换后的图像进逡逑行ＦＦＴ变换并重复上述处理过程，图２．６邋（ｃ）所示为迭代５０次后的结果。最终经过平逡逑滑处理后的延拓图像如图２．６邋（ｄ）所示。逡逑＿＿逡逑（ａ）滤波后图像逦（ｂ）己知区域值替换后结果逡逑（ｃ）最终延拓效果逦（ｄ）经平滑后的延拓图效果逡逑图２．６图像延拓及平滑逡逑对于上述已经完成延拓加工的条纹图像，以已知像素点构成的图片区域构建蒙版逡逑（图２．７所示）。逡逑１１逡逑

蒙版,边缘位置,像素点,边缘点

从而实现干涉条纹图像边缘平滑效果。逡逑在这里，我们设定各组平滑数据组的取值宽度为４０并按照上述方法进行平滑处理。逡逑图２．８描述了该方法下对干涉条纹图像蒙版边缘位置每个像素点的灰度值修正情况。图逡逑２．９则给出了其中一组像素点在平滑前后的灰度值分布情况。可见文中使用的延拓方法逡逑在在少数蒙版边缘位置（像素点坐标２０附近区域）造成了较大的像素点灰度值突变情逡逑况，使用平滑处理在很大程度上解决了这一问题。逡逑１２逡逑

【参考文献】