[发明专利]一种迈克尔逊干涉仪图像条纹宽度检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种迈克尔逊干涉仪图像条纹宽度检测方法及系统。本发明的核心技术在于通过干涉图像自动检测干涉圆环，并计算亮暗圆环的宽度。包括干涉图像的自适应二值分割，连通区域的计算与筛选，椭圆连通区域的提取，椭圆中心以及长短轴比例的确定，同心椭圆拟合以及亮暗状态确定，椭圆环干涉条纹状态计算等。本发明通过检测同心圆环的宽度，可以计算出迈克尔逊干涉仪的光程差情况，并反演光谱信息，同时确认干涉仪状态是否稳定。

技术领域

本发明涉及一种通过图像处理算法进行迈克尔逊干涉仪圆环状条纹状态检测的方法。

背景技术

迈克尔逊干涉仪(英文：Michelson interferometer)是光学干涉仪中最常见的一种，其原理是一束入射光经过分光镜分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定(即满足干涉条件)，所以能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。干涉条纹是等光程差的轨迹，若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变化的原因。

图1a与图1b分别是迈克尔逊干涉仪的原理图以及所产生的同心圆环图样。通过检测同心圆环的宽度，可以计算出迈克尔逊干涉仪的光程差情况，并反演光谱信息。此外，通过在静态场景下实时监测圆环宽度的变化，可以确认干涉仪状态是否稳定。

传统的干涉仪圆环监测通常需要辅助的计数设备进行，这些仪器可以监测干涉仪同心圆条纹的微小变化，但是此类仪器多数精密复杂，成本较高，在精度要求不高的场合下，使用此类仪器很不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过干涉图像自动检测干涉椭圆环宽度的方法，解决使用现有的精密仪器检测条纹宽度成本高且操作复杂的问题，该方法简洁高效，可以用于实时监测迈克尔逊干涉仪圆环条纹状态。

本发明的技术解决方案是提供一种迈克尔逊干涉仪图像条纹宽度检测方法，包括以下步骤：

步骤一：采用自适应二值分割方法，从干涉图样的原始图像上分离亮干涉椭圆环像素，得到前景二值图像；

步骤二：对步骤一获得的前景二值图像进行空洞填充及轮廓优化；

步骤三：检测及标记步骤二优化后前景二值图像中的连通区域；

步骤四：使用形态学运算方法对步骤三检测及标记的连通区域内部进行空洞填充；

步骤五：计算步骤四处理后的每一个被标记的连通区域的中心位置及半长轴及半短轴比例，根据得到的每一个被标记的连通区域的中心位置及半长轴及半短轴比例计算干涉椭圆环中心位置以及半长轴与半短轴比例；

步骤六：根据步骤五的计算结果拟合椭圆及判断拟合后椭圆的亮暗，每个椭圆对应一个编号；

步骤七：依次搜索步骤六拟合的所有椭圆，根据搜索的椭圆亮度获取每个干涉椭圆环的起始椭圆与终止椭圆；即获得每个干涉椭圆环起始椭圆与终止椭圆的位置；根据每个干涉椭圆环起始椭圆与终止椭圆的位置计算干涉椭圆环的宽度。

进一步地，为了避免图像整体亮度不均匀，步骤一中采用分区域16块(4行4列)计算阈值的方法进行分割。

进一步地，步骤二中使用形态学滤波的方法，采用圆形形态学滤波器对步骤一获得的前景二值图像进行空洞填充及轮廓优化；这一过程通过多次的图像“开”、“闭”形态学运算实现。经过这一步骤，大部分杂散点被消除，并且分割的干涉椭圆环区域更加连续，一些缺损和空洞被填充。

进一步地，步骤三通过经典的FloodFill算法对步骤二优化后二值图像中的连通区域进行4邻域检测及标记。

进一步地，步骤四具体为：