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摘要同步移相干涉图，是指在移相干涉技术的基础上，同时获得四帧包含不同相位的干涉图。但因为需要 CCD 传感器瞬间采集，同一 CCD 传感器不同空间位置，或者不同 CCD传感器会产生误差，所采集到的干涉图之间需要进行准确的图像配准,以确保后续工作的进行。本论文深入研究了模板匹配算法，和其两种改进算法——基于图像相关性算法、序贯相似性检测算法。 并结合理论用Matlab软件实现了基于相位相关的算法和基于Hough变换检测圆的算法，将两种方法所得出的结果进行详细分析和互相比较。仿真结果表明，基于相位相关法可快速精确计算出干涉图之间的位移量，不需要图像预处理，快速便捷具有实时性。基于 Hough 变换检测圆法能够准确计算出背景图图像的圆心坐标和半径大小，对目标和背景明显的图像非常有效，具有鲁棒性。43604
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毕业论文关键词 同步移相干涉；图像配准；相位相关；Hough 变换
Title Study of the image registration based on simultaneousphase-shifting interferometry
Abstract The image of simultaneous phase-shifting interferometry, is defined as four imageswith different phases which are gained simultaneous. However because it needs tobe collected by the CCD sensors, different places orjust different types of CCDsensors can cause varity deviations. Thus as for assuring subsquent steps, theimages have to be registered.Template matching algorithm and two developed methodsare discussed in the paper.In addition, combined with the theories, image matchingbased on phase correlation algorithm and Hough transformation is completed by usingMatlab. As the simulation results show that, phase correlation algorithm cancalculate the accurate displacement between two images in an considerable ratewithout image preprocessing. Hough transformation algorithm can also calulate theaccurate center and the radius of the circle. It’s very efficient for the imageswith manifest backgrounds. Both methods are valid in different situations.
Keywords Simultaneous phase-shifting interferometry; Image registration;phase correlation algorithm; Hough algorithm
目次
1引言..1
1.1课题研究背景.1
1.3本论文主要工作及内容安排.4
2图像预处理及模板匹配法原理5
2.1图像预处理.5
2.2模板匹配算法.8
2.3本章小结...12
3基于相位相关的图像配准法..13
3.1原理...13
3.2算法实现步骤及框图...14
3.3算法仿真验证...15
3.4结果分析...19
3.5本章小结...19
4基于Hough变换的图像配准法..20
4.1Hough变换检测直线20
4.2Hough变换检测圆23
4.3算法实现步骤及框图...25
4.4算法仿真验证...26
4.5结果分析...30
4.6本章小结...32
结论33
致谢34
参考文献..35
1 引言
1.1 课题研究背景在光学测量中，干涉技术是一项非常重要的技术。自从20 世纪 60 年代激光器问世，20世纪 70 年代各种新型光电子器件的涌现，以及数字图像处理技术的发展，使这种以光波长及其细分为尺度进行的测量具有很高的测试灵敏度和准确度。在精密测量、精密加工和实时测控等诸多领域获得广泛应用。原始的干涉测量方法，获得需要知道的有效内容一般是直接观察干涉条纹情况或数字。但这样的方法不能够保证判读的精度，导致这些原始的方法的测量不确定度的峰谷值偏差通常只能达到λ/10~λ/20。因为有这样的局限性，需要探究一种新的，能够减小测量不确定度的方法，移相干涉测量术，就应运而生了。移相干涉测量技术在传统的干涉技术上进行了改善，其综合了大量的多领域的先进技术，并结合高精度的光学器件，能够测出不同相移的干涉图。然后在这些干涉图中得到待测波面的相位分布。相比起之前的技术，该技术的峰谷值偏差能够达到至少λ/50，极大的提高了精度。移相干涉技术的原理是：获得多幅不同相位但彼此移相步长固定的干涉图。这样就必须要再干涉仪的参考光路中插入一个调制器，该调制器用来调整相位，并要随时间的推进而变化。最后通过所得图像和计算公式计算出相位，得到条纹之间的关系判断波面的状态。同步移相干涉，在移相干涉之前多加的同步这两个字也就意着该技术需要同时采集好所需要的干涉图，每一个相位的干涉图同时得到，而不是每次采集一幅任意相位的干涉图。要满足每帧图像中的移相大小的都是一样保持不变的。要达到这样的效果，采集四帧干涉图，就必须要安置四个完全相同的CCD传感器。那么之所以采用同步移相干涉技术，它的优点在于可以减小移动或外在环境不稳定而产生的误差，具有较好的抗振性。但由于要实现该技术的仪器必须安装有至少一个传感器或更多，才能在瞬时间，四个相位的地方获取四帧图。因此，这便引起了本论文要讨论的问题：同一 CCD传感器不同空间位置，或者不同 CCD传感器所采集到的干涉图之间需要进行准确的位置配准，来达到四步移相干涉算法的相位重建的准确性。图像配准是一个基础的操作，主要作用于图像处理以及各个机械中的视图方面。从根本上来讲，图像配准的关键在于图像上像素之间的相关性。其发展的源头可追溯到上个世纪，历史十分悠久。最初，图像配准的应用是在军事领域中，二十世纪70 年代时，美国致力于在其飞行器的助航系统等类似方面的研究工作，并第一次定义了图像配准技术。历经多年的深入探索，美国能够将图像配准技术应用在巡航导弹，有效的增大了其击中目标的几率。有了这样的基础，图像配准技术在十年后开始迅猛的发展，使得各种各样的配准方法百花齐放，百家争鸣，对图像处理的进一步发展有着强大的支撑和推动作用。