一种基于光学干涉原理的图像分割方法

书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 书书 !第!"卷!第#期 强 激 光 与 粒 子 束 $%&’!(!)%’#! !*++,年#月 -./- 0123456734 6)80649.:53;36<7 <=>’!*++,! 文章编号!!++!?,#**"*++,#+#?+#+!?+, 一种基于光学干涉原理的图像分割方法 " 易亨瑜!!*!!叶一东*!!吕百达! "!!四川大学 激光物理与化学研究所!四川 成都"!++",$ *!中国 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 物理研究院 应用电子学研究所!四川 绵阳"*!@++# !!摘!要!!介绍了基于光学干涉原理的图像分割理论算法%在计算机上模拟一个均匀相干光源&一个滤波 器和一个接收屏%选择强度?相位的转换曲线!将输入图像的强度信息转化成伪相位信息!并显示在滤波器上% 利用光源照明滤波器上的相位图!在接收屏上得到其干涉条纹%再通过选择阈值对干涉图进行分割得到二值 图!从而实现输入图像的边缘分割%计算结果表明!该方法得到的图像轮廓!与7%AB&算子效果相当%与实验 结果对比 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 可得!改善硬件并实现良好的分割效果的关键在于’控制光源的相干长度!或增大液晶的点阵间 隔!并利用::8相机和计算机相连!对干涉图进行二值化% !!关键词!!干涉$!图像分割$!边缘检测$!7%AB&算子 !!中图分类号!1,#"’!!!!!文献标识码!6 !!目标图像的分割是目标识别过程中的一个关键环节!其分割质量和速度将直接影响目标识别性能!传统的 边缘检测常借助微分手段得到强度的梯度轮廓%由于在输入图像中!目标内部的灰度值!一般是连续变化的$ 而在其边界处!灰度变化则存在相对较大的突变!故在数学上可以利用求导的方法来检测$之后再选择合适的 阈值进行分割!便能得到目标的轮廓% !!本文介绍了一种基于光学干涉原理的图像分割算法!它可以转化成光学硬件来实现其功能%与计算机处 理相比!光学处理具有并行&快速等特点%文献(!)报道利用液晶来实现图像边缘的实时增强!但效果不理想! 我们则根据边缘分割理论并通过模拟计算!阐述和分析了将光学干涉原理用于图像分割的过程及其对效果的 影响因素% "!双光束干涉 !!在杨氏双缝干涉试验中!由滤波器上两狭缝出来的光!在屏上得到明暗相间的条纹图!如图!"=#%如果控 制实验参数!使干涉图样上只有三条亮条纹!如图!"A#%再通过阈值分割对干涉图进行二值化!得到了图中两 条暗条纹的边缘轮廓!从而在光学上实现了两狭缝的图像分割% CDE!’!!9F%?AB=GDHIB>JB>BHKB’"=#G=&IDL&BDHIB>JB>BHKBMI>DLBM!"A#IF%N=>OMI>DLBM’ 图!!双缝干涉’"=#多个干涉条纹!"A#两个暗条纹 !!基于这个理论!设!""!##与$""!##是二维滤波器上任意相邻两点的复振幅函数!其干涉结果%""!##为 %""##&’!""!##($""!##’* &’)""!##BPL(D!""!##)(*""!##BPL(D"""!##)’ * & !!’)""!##’*(’*""!##’*(*’)""!##*""!##’K%M(!""!##+"""!##) "!# 假设该滤波器对光强的调制很微弱!则对于均匀单色光!可令这两点的实振幅)""!###*""!###!!故上式可 简化为 %""!##&,K%M*(! ""!##+"""!## * ) "*# " 收稿日期!*++#?+(?!,$!修订日期!*++#?!!?!! 基金项目!中国工程物理研究院应用电子学研究所所长基金资助课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 "7Q+!!!++,# 作者简介!易亨瑜"!@"@*#!男!硕士!高级工程师!从事激光技术研究$绵阳@!@?!+!*信箱% 万方数据 由!*"式得知#干涉条纹的明暗位置是由输入图像相位决定的$ #!图像分割 !!对于一幅已存在的图片#通过强度?相位的转换#将图像的强度信息转换成其伪相位信息#并显示在滤波器 上%用均匀相干光源照明该滤波器#在接收屏上产生干涉条纹$然后对干涉图进行二值化#从而得到原图像的 边缘$ !!我们对上述过程进行仿真计算#模拟这种基于光学干涉原理的图像分割过程#其中利用公式!*"对滤波器 进行逐点计算#模拟均匀光束通过滤波器后的光学干涉结果$根据图像处理理论#该图像分割算法有三个关键 点$ !!!’图像强度到位相的转换$在理论上#强度?相位的转换曲线可以选择线性函数&幂函数&指数函数&对数 函数等$在实际运用中#可用滤波器实现图像的强度?相位的转换#以减少中间环节#加快图像分割速度$为了 便于硬件实现#我们采用公式!#"将图像强度,!"##"中+!*((灰度级线性地转换为+!*"的相位-!"##"# 有 -!"##"&,". ,!"##"+,DH ,!"##"(,G=P !#" 式中’,DH#,G=P分别为输入图像中的最小值和最大值%.为调节参数$ !!*’干涉源的选取$简便起见#假设只有相邻两点才存在干涉现象#这在硬件上#可通过控制实验参数来实 现$对于相邻两点的干涉#从图像处理理论上#在滤波器上选取干涉源应遵循以下原则’在水平方向取相邻两 点#以获得水平朝向的边缘%在垂直方向取相邻两点#以获得垂直朝向的边缘%在水平和垂直两个方向取相邻 点#以获得两个朝向的边缘$ !!#’阈值分割$阈值选择有很多方法#一般是以图像直方图为基础进行图像灰度分割$图像的直方图为 /!$"&&DG 0$R 1$ 0 !," 式中’0 为图像内像元总数%1$为灰度级为$的像元数$把图像的灰度分成不同的等级#然后用设置灰度门限 的方法去确定物的边界$该灰度门限可以通过贝叶斯判据&最小错误分割法(*)等来确定$ !!为了比较分割效果#我们选择传统的微分算子对相同的输入图像进行处理$对于一个连续的图像函数! CDE’*!7%AB&%LB>=I%>IBGL&=IB 图*!7%AB&算子模板 !"##"#它在位置!"##"的梯度可以表示为 %!!"##"& &!*&" &!*&! "# !(" !!传统的边缘检测常借助空域微分算子进行#通过将其 模板与图像卷积完成$用于图像分割的算子很多#效果较 好的是7%AB&算子(#)#其模板如图*所示$运算时将模板 在图像上移动并在每个中心计算对应中心像素的梯度值$ $!边缘分割效果比较 CDE’#!1>DEDH=&DG=EB!="=HNDIMSDMI%E>=G!A" 图#!原始图片!="及其直方图!A" !!在图形开发环境 1LBH/5中生成一幅光照的飞 机模型图#将其大小转化为",T",像素阵列#灰度化 后如图#!="所示#通过!,"式得到其直方图#如图#!A" 所示$ !!由图#可知#原图为目标叠加暗背景组成#选择一 个较小的阈值进行二值化#即可得到图像的轮廓$取 阈值为,@’*!"##得到7%AB&算子的边缘分割图#如图 ,!="所示$在图#!="所示的原始图像中#包含各种朝 向的边缘$利用图*中水平或垂直模板#可以分别得到不同方向的梯度边缘图#如图,!A"和图,!K"所示$图, !N"!!J"还给出了相应的光学干涉边缘检测结果$由图,的比较可知#在简单背景下目标的各个方向的分割 效果&光学干涉分割法的效果与7%AB&算子的基本一致$ !!下面讨论场景中目标的分割效果$为模拟真实场景#将飞机模型图进行裁减#取出飞机部分#插入到一幅 层状云图中任意两处位置#制作输入图像#如图(!="所示$利用7%AB&算子进行边缘分割得到图(!A"%利用光 *+# 强 激 光 与 粒 子 束 第!"卷 万方数据 CDE’,!:%HI>=MIABIFBBHIF%ODHNM%JBNEBNBIKID%HGB=MU>BGBHI 图,!7%AB&算子!!="!!K""与光学干涉分割法!!N"!!J""的效果对比 学干涉边缘检测法进行图像分割#得到图(!K"$对比可以看到#在对场景中的目标进行边缘分割时#图(!K"基 本上没有背景噪声#说明光学干涉分割法略优于7%AB&算子$ !!对图(!="所示的输入图像进行边缘模糊处理#模拟背景强度较大%目标照明过强或过弱时的现象&并加入 较大的高斯白噪声#为了模拟环境对采集器件的影响而引入的噪声#处理后得到了图"!="$利用7%AB&算子进 行边缘检测#得到图"!A"&利用光学干涉边缘检测法进行图像分割#得到图"!K"$通过图(和图"的比较#可 以发现#在复杂背景中弱小目标的两种分割方法#效果大致相同$ CDE’(!.HLUIDG=EB=HNDIMBNEBNBIBKID%H 图(!!输入场景及其边缘分割比较 CDE’"!.HLUIDG=EB=HNDIMBNEBNBIBKID%H 图"!输入场景及其边缘分割比较 %!结!论 !!本文利用光学干涉原理#通过计算机的模拟计算#在理论上初步实现了输入图像的边缘分割#其分割效果 与7%AB&算子大致相同$该方法可以利用光学硬件系统#对运动目标图像进行实时分割’!($具体而言#可用一 块液晶来代替滤波器#并实现图像的强度?相位的转换功能#此时液晶应处于纯相位调制模式’,(#以满足公式 !*"的近似条件&均匀光束照明液晶形成干涉图样&以::8相机作为接收屏#并与计算机相连实现干涉图的采 集和二值化功能$ !!与文献’!(的实验对比#图,!N"在分割效果上有了较大的提高$从图像处理理论上#本文的算法增加了对 干涉图的二值化#这说明在实验中#::8相机应与计算机相连#以实现干涉图的接收和二值化功能&从两者分 割理论上#本文在干涉源的选取上进行了一定程度的近似#即只讨论了相邻点间的干涉现象#这表明在实验中 #+#第#期 易亨瑜等)一种基于光学干涉原理的图像分割方法 万方数据 应选择合适的实验参数!例如光源"液晶间距或光学系统结构等#$去控制光源的相干长度% !!为了提高硬件系统的分割质量$需要做实验进一步加以验证$并采用一些实验技巧来处理激光散斑噪声" 选择液晶转换线性区等问题%另外选择不同的强度?相位转换曲线$将有利于不同类型边缘的分割% 参考文献! &!’!安波$陈怀新$陈祯培’利用液晶电视实现光学图像的实时边缘提取&Q’’激光技术$*++*$#&!!#(,,),"’!6H;$:SBH-V$:SBHW0’4B=&? IDGBBNEBBHS=HKBGBHI%J%LIDK=&DG=EBFDIS&DXUDNK>YMI=&9$’2345$657%1898:#$*++*$#&!!#(,,),"# &*’!何斌$马天予$王运坚$等’$DMU=&:ZZ数字图像处理&<’’北京(人民邮电出版社$*++!’!-B;$<=9[$2=HE[Q$BI=&’$DMU=&:ZZ NDEDID\BNDG=EBL>%KBMM’;BD]DHE(0B%L&B^M0%MI_9B&BK%GGUHDK=ID%HM0>BMM$*++!# &#’!章毓晋’图象分割&<’’北京(科学出版社$*++!’!WS=HE[Q’.G=EBMBEGBHI=ID%H’;BD]DHE(7KDBHKB0>BMM$*++!# &,’!0B\\=HDIDQ5$:SDLG=H46’0S=MB?%H&YG%NU&=ID%H%J=IFDMIBNHBG=IDK&DXUDN?K>YMI=&9$AYUMB%JISBBDEBHL%&=>D\=ID%HMI=IBM&Q’’;/< 25<$!@@#$"’!!‘#(!("a)!("@’ ()*+,-).)/0123.*4)+)4.)/0*031/5*+)61/17038*93/0)-2)-)/8) [.-BHE?YU!$*$![3[D?N%HE*$!5b;=D?N=! !!=,14<>7431AB%5C>4<$#$D>7%?31E1>F5$4><#$B%51:A?"!++",$B%>13* *=,14<>5AH957<$81>7$BGH@$@=;=I8"@!@J!+!*$K>31#31:"*!@++$B%>13# !!:5+0-*80(!6ODHN%JGB=MU>BGBHI%JDG=EBMBEGBHI=ID%HA=MBN%HISBL>DHKDL&B%J%LIDK=&DHIB>JB>BHKBDML>BMBHIBN=HN>B=&? D\BNAYMDGU&=ID%HDHK%GLUIB>’6UHDJ%>GK%SB>BHI&DESIM%U>KB$=JD&IB>=HN=>BKBDcDHEMK>BBH=>BNBMDEHBNDHK%GLUIB>’9SB LMBUNLS=MBNDMI>DAUID%H$FSDKSDMI>=HM&=IBNJ>%GDHIBHMDIYNDMI>DAUID%H%JISBDG=EBAY=K%HcB>MD%H>U&B$DMMS%FH%HISDMEDcBH JD&IB>’9SBDHIB>JB>BHKBL=IIB>HDML>%NUKBNFSBHISBJD&IB>DMD&&UGDH=IBNFDISISB&DESIM%U>KB$=HNM=GL&BN%H=>BKBDcDHEMK>BBH’ :S%%MDHE=L>%LB>IS>BMS%&NMBEGBHIMISBDHIB>JB>BHKBL=IIB>H=HNISBBNEB%JISBDHLUIDG=EBK=HAB%AI=DHBN’)UGB>DK=&MDGU&=? ID%HMS%FMISBBJJBKI%JISDMMBEGBHI=ID%HGBIS%NDMBXUDc=&BHII%IS=I%J7%AB&%LB>=I%>’:%HI>=MIABIFBBHMDGU&=IBN>BMU&IM=HN BPLB>DGBHI=&>BMU&IMDM=H=&Y\BN’.IDHNDK=IBMIF%F=YMI%DGL>%cBISBMBEGBHI=ID%HBJJBKI%JISBS=>NF=>BMYMIBG$%HBDMI%K%H? I>%&K%SB>BHI&BHEIS%JISB&DESIM%U>KB$%>I%BH&=>EB&=IIDKBNDMI=HKB%JISB&DXUDNK>YMI=&MK>BBH*ISBMBK%HNF=YDMIS=I::8K=G? B>=ABK%HHBKIBNFDIS=K%GLUIB>I%KS=HEBISBDHIB>JB>BHKBL=IIB>HDHI%ADH=>YDG=EB’ !!;)<=1-6+(!.HIB>JB>BHKB*!.G=EBMBEGBHI=ID%H*!3NEBNBIBKID%H*!7%AB&%LB>=I%> ,+# 强 激 光 与 粒 子 束 第!"卷 万方数据 一种基于光学干涉原理的图像分割方法 作者： 易亨瑜， 叶一东， 吕百达 作者单位： 易亨瑜(四川大学,激光物理与化学研究所,四川,成都,610064;中国工程物理研究院,应用电子 学研究所,四川,绵阳,621900)， 叶一东(中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳 ,621900)， 吕百达(四川大学,激光物理与化学研究所,四川,成都,610064) 刊名： 强激光与粒子束 英文刊名： HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS 年，卷(期)： 2004,16(3) 被引用次数： 1次 参考文献(4条) 1.Pezzaniti J L;Chipman R A Phase-only modulation of a twisted nematic liquid-crystal TV by use of the eigenpolarization states[外文期刊] 1993(18) 2.章毓晋 图象分割 2001 3.何斌;马天予;王运坚 Visual C++数字图像处理 2001 4.安波;陈怀新;陈祯培 利用液晶电视实现光学图像的实时边缘提取[期刊论文]-激光技术 2002(01) 引证文献(1条) 1.易亨瑜 不同转换方式对三角函数算子分割效果的影响[期刊论文]-强激光与粒子束 2006(4) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qjgylzs200403007.aspx