牛顿环计算机测量系统的研究与设计

论文摘要

牛顿环是典型的等厚干涉现象,在实际的生产生活中的应用十分广泛,它可以用来测量光波波长、透镜的曲率半径、检验表面的光洁度、平面度和研究零件内部应力的分布等物理量。传统的人工牛顿环测量成本高,耗时长,且误差大,不便于长时间的连续观测,并且对图像信息没法存储。基于人工牛顿环测量存在的诸多问题,本文提出了一种全新的数字图像处理技术的计算机测量牛顿环的方法。在本文中,我们采用CCD图像采集系统代替人眼作为接收器,并加入中继透镜用以扩大视场。深入研究了数字图像处理、测量与识别方法。主要包括图像信息的提取、图像信息的二值化与平滑处理、图像增强与清晰处理、分割等处理,并在此基础上,通过自主编写的程序,完成对牛顿环直径的测量以及得到被待测透镜曲率半径。最终,我们以Windows xp为操作平台采用Microsoft Visual Studi C++6.0等工具开发出了牛顿环测量系统,完成了整套系统的软件设计。实验证明,该系统具有识别精度高及速度快等优点。实现了传统实验与现代计算机的有机结合,使传统的物理实验趋于现代化,在物理实验教学方面具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.1.1 牛顿环的发展及应用
• 1.1.2 牛顿环的应用
• 1.2 图像处理技术的发展状况
• 1.2.1 图像处理的研究内容
• 1.2.2 数字图像处理的应用
• 1.3 本文研究的内容
• 第2章 牛顿环测量系统的组成及其原理
• 2.1 牛顿环原理
• 2.2 系统的光路设计
• 2.3 CCD图像采集系统设计
• 2.3.1 CCD视频相机
• 2.3.2 图像采集卡
• 2.4 系统中软件部分的总体设计思路
• 2.4.1 总体设计框架图
• 2.5 牛顿环计算机测量软件介绍
• 2.6 牛顿环测量系统硬件构成
• 2.7 本章小结
• 第3章 牛顿环图像的图像预处理技术研究
• 3.1 图像的降噪
• 3.1.1 空间域滤波方法
• 3.2 图像的增强技术
• 3.2.1 图像的直方图
• 3.2.2 直方图均衡
• 3.2.3 图像的灰度变换
• 3.3 图像锐化
• 3.4 边缘检测
• 3.4.1 图像的边缘
• 3.4.2 基于SUSAN算子的边缘提取
• 3.5 本章小结
• 第4章 牛顿环的参数测量
• 4.1 基于区域特性的参数测量
• 4.1.1 连通区域
• 4.1.2 对连通区域的标号处理
• 4.1.3 通过标号处理计算牛顿环的数目
• 4.1.4 连通区域的参数选择
• 4.1.5 特征参数的计算
• 4.2 基于投影算法的参数测量
• 4.2.1 测量原理
• 4.2.2 牛顿环个数及直径的测量
• 4.3 曲率半径的计算
• 4.4 结果分析
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文主要完成的研究工作
• 5.2 文章主要创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表论文