英語翻譯新算法自動(dòng)雙明亮的多波束邊緣斐索干涉條紋骨架化使用傅里葉變換的邊緣模式分析方法

1、新算法自動(dòng)雙明亮的多波束邊緣斐索干涉條紋骨架化使用傅里葉變換的邊緣模式分析方法默罕默德·a . EL-Morsy1 21物理系,學(xué)院科學(xué)和人道主義研究,薩爾曼·本·阿卜杜勒阿齊茲大學(xué)Al-Kharj,KSA;2物理系,理學(xué)院,收住曼蘇拉大學(xué),科新杜姆亞特,埃及。電子郵件:elmorsym收到5月18日,修改后的6月20日,2012;2012;2012年6月29日,接受文摘多波束斐索干涉的干涉圖條紋技術(shù)起著重要的作用,研究光纖的光學(xué)特性,因?yàn)檫@干涉圖給我們提供有用的信息可以用于確定光纖的色散曲線示例。一個(gè)常見的問題在任何干涉圖分析的準(zhǔn)確性定位邊緣中心(條紋骨架)。計(jì)

2、算機(jī)輔助的算法有很多,取決于干涉圖類型,用于各種數(shù)字干涉圖條紋骨架提取。本文據(jù)我所知,一個(gè)新穎的條紋骨架提取算法的雙明亮的多波束邊緣斐索干涉條紋。該算法基于傅里葉變換使用不同的順序和derivative-sign二進(jìn)制圖像。也該算法已經(jīng)成功地測試了使用計(jì)算機(jī)模擬邊緣和一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。結(jié)果與原始干涉圖和顯示一個(gè)好的協(xié)議。關(guān)鍵詞:自動(dòng)邊緣分析;多波束斐索干涉條紋;傅里葉變換1。介紹如今,萊塞密集的進(jìn)步發(fā)展的來源和光學(xué)元素挑戰(zhàn)科學(xué)家使用干涉法作為一種重要的診斷工具,準(zhǔn)確和總實(shí)地測量的各種現(xiàn)象。這些挑戰(zhàn)導(dǎo)致accu-rate測量在幾乎所有的工程領(lǐng)域。例如在化學(xué)工程、材料科學(xué)和物理領(lǐng)域,fre-quent

3、ly需要折射率測量。有許多非侵入性的干涉tech-niques測量折射率剖面和其他相關(guān)纖維光學(xué)性質(zhì)1 - 4。所有這些技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。這些干涉技術(shù)的主要優(yōu)勢,對完善技術(shù)的靈敏度、準(zhǔn)確性,和非接觸性特征。此外,干涉tech-niques在其他技術(shù)中最重要的是,他們是細(xì)致的,即信息字段中的所有點(diǎn)可以同時(shí)記錄和觀察。所有的干涉技術(shù)基于波的相位差異”的字段,這是相關(guān)的各種物理性質(zhì),可觀察到的強(qiáng)度變化。換句話說,一種干涉技術(shù)的直接結(jié)果通常邊緣模式或干涉圖。這種干涉圖能提供我們豐富的定量信息關(guān)于樣品材料的行為。在過去,干涉圖必須拍照,然后擴(kuò)大到一個(gè)合適的放大放大圖像的獲得所需的數(shù)據(jù)(5 - 8)

4、。手工定量分析過程耗時(shí)且非常單調(diào)乏味,而且不能充分利用干涉圖的數(shù)據(jù)。由于這個(gè)原因,這些干涉圖的自動(dòng)im-age處理是一個(gè)活躍的話題最近文獻(xiàn)9 - 11。最近,這一趨勢已經(jīng)對圖像處理算法的發(fā)展能夠干涉圖的數(shù)字化圖像通過使用CCD相機(jī)。每個(gè)點(diǎn)被稱為一個(gè)像素或圖像元素。相機(jī)數(shù)字化每個(gè)像素值0(黑色)到255(明亮)取決于像素的亮度被數(shù)字化。數(shù)字干涉圖包含sev-eral數(shù)以百萬計(jì)的像素。如何正確理解和充分利用數(shù)字干涉圖數(shù)據(jù)的眼睛是一個(gè)困難的任務(wù)。在過去的三十年左右,由于迎接圖像處理技術(shù)的能力,有很多計(jì)算機(jī)輔助處理算法,這取決于圖像類型,可用于處理各種數(shù)字干涉條紋模式,使semiauto-matic或

5、邊緣的全自動(dòng)分析模式(12 - 18)。因?yàn)閹缀芜吘壍奈恢弥行幕蜻吘夁吘壏治隹蚣芊浅７奖?。條紋分析的基本步驟之一是提取條紋中心線或條紋骨架。一些方法來提取骨架已經(jīng)出版和發(fā)達(dá)國家和這些技術(shù)的許多方面已經(jīng)深入調(diào)查(19日 24日)。簡而言之,盡管各種方法提取條紋骨架存在,這些方法主要可以分為兩個(gè)組。在第一組中,邊緣pat-tern第一閾值提供二進(jìn)制灰度圖像。然后使用水平或垂直掃描線deter-mine每個(gè)黑暗和明亮區(qū)域的中間點(diǎn)25。在第二組,強(qiáng)度變化在一個(gè)邊緣在設(shè)計(jì)算法用于邊緣骨骼決心通過使用兩種方法。第一個(gè)方法是一個(gè)侵蝕邊緣的細(xì)化算法從四面八方(每股26到29)。這種算法的缺點(diǎn)是它usu-all

6、y需要大量的迭代以皮邊緣模式。第二種方法包括微分濾波器技術(shù)(24、30),該算法非常簡單,因?yàn)樗枰徊秸业竭吘壍闹行木€。很明顯從上面的段落,確定條紋中心線的算法(骨架)是一種寶貴的任務(wù)自動(dòng)邊緣分析tech-nique和仍然是開放的。多波束菲索干涉儀是一種眾所周知的技術(shù)經(jīng)常用于研究光纖的光學(xué)和結(jié)構(gòu)特性31。多個(gè)的力量梁菲索干涉儀發(fā)生了翻天覆地的變化,引入自動(dòng)化的檢測和分析方法的邊緣模式(32、33)。但是,總的來說,眾所周知,大多數(shù)算法邊緣分析針對特定類型的干涉圖,因此可能需要大量的修改,當(dāng)應(yīng)用到其他類型的干涉圖。一般來說,多波束斐索干涉條紋charac-teristic由黑暗backgrou

7、nd31明亮銳利的邊緣,如圖1所示(一個(gè))。但在某些情況下,光源不給只有一個(gè)波長但它給出了一個(gè)同時(shí)擁有兩個(gè)波長的光。例如so-dium燈給兩個(gè)波長5890年和5896年。所以干涉圖,如圖1所示(b),自然雙明亮的邊緣在一個(gè)黑暗的背景。在本文中所有類型的多波束斐索干涉條紋是確定輪廓線完全自動(dòng)化使用不同的傅里葉變換技術(shù)。2。算法的描述原則問題,準(zhǔn)確地測量re-fractive指數(shù)使用多波束斐索干涉條紋系統(tǒng),是如何確定邊緣的輪廓線模式;1)干涉條紋變化3或2)下的區(qū)域封閉邊緣轉(zhuǎn)變(34、35),和interfringe間距。該算法基于確定傅里葉變換的頻譜和多波束斐索干涉干涉圖的derivative-

8、sign二進(jìn)制圖像。該算法總結(jié)如下。包含在這樣的邊緣強(qiáng)度數(shù)據(jù)模式可以寫成r(x,y)是一個(gè)邊緣不變因素,取決于非均勻照明和反射的物體表面,一個(gè)是傅里葉系數(shù),n是傅里葉級數(shù)的順序,佛是載波頻率,j(x,y)是對象的階段。該算法由四個(gè)簡單的步驟:步驟1應(yīng)用傅里葉變換(FT)算法,我們計(jì)算了一維傅里葉變換(一維)方程(1)為變量x,y是固定的。的傅里葉變換,給出了方程(1)()()()()¥¥-¥=-=-òå(a) (b)圖1所示。模擬的多波束Microinterferogram斐索干涉技術(shù)在光纖中傳輸對象。G(f,y)和Qn(f,y)的一維傅里葉光

9、譜G(x,y)和Qn(x,y),分別為。很明顯從方程(2),傅里葉譜包含許多山峰。這些山峰一般由載頻fo。圖2所示的傅里葉譜interfero-grams如圖1所示,0,±1、±±2日3訂單顯示傅里葉分量。第二步我們選擇合適的組件(這個(gè)順序取決于干涉圖后,我們將解釋)和過濾掉多余的訂單。和使用逆傅里葉變換,如果我們計(jì)算逆傅里葉變換與re-spect方程(3),由此產(chǎn)生的功能是一個(gè)復(fù)雜的功能。我們只選擇真正的部分。第三步我們確定衍生的跡象二進(jìn)制映像(33歲,36)真正的一部分。在二進(jìn)制圖像, 圖2。二維圖的傅里葉變換的圖1中,分別對真正的一部分是積極的跡象,點(diǎn)set

10、-sto是明亮的價(jià)值。另一方面,如果衍生品真正的一部分是負(fù)面的跡象,點(diǎn)集是一個(gè)黑暗的價(jià)值。第四步構(gòu)造導(dǎo)數(shù)符號二進(jìn)制圖像后,很容易提取條紋中心線使用以下兩個(gè)步驟:首先,我們選擇積極的山峰導(dǎo)數(shù)簽署和取消負(fù)峰值通過應(yīng)用二進(jìn)制圖像閾值過程在所有de-rivative標(biāo)志。第二次檢查每個(gè)點(diǎn)附近和量化的傾斜,那么結(jié)果是圖像的條紋中心線。圖3中,顯示了圖1的強(qiáng)度分布列100(b)。(a)(b)圖3。(一)疊加一行強(qiáng)度distribu-tion(列100)(a)的衍生品de-rivative-sign二進(jìn)制數(shù)據(jù),(b)是(a)的放大部分更清楚地說明。其衍生的跡象。從圖3中,可以看到積極的山峰的邊界de-riv

11、ative是完全原始條紋中心線的跡象,沒有任何偏差。3。結(jié)果先驗(yàn)證該算法,該算法使用電腦模擬測試的多波束斐索干涉條紋的浸液的折射率失配與光纖的包層的折射率,如圖1所示(一個(gè))。圖4(a)展示了輪廓線繪制在原始模式的干涉圖,而圖4(b)顯示了提取邊緣輪廓線在一個(gè)黑暗的感覺。應(yīng)用建議的算法和圖4是通過使用一階傅里葉變換,換句話說,在算法的步驟2,第一個(gè)峰是選擇和其他山峰是過濾掉。圖5表示應(yīng)用算法的結(jié)果(a) （b）圖4。提取邊緣的骨架圖1(a),一階傅里葉變換,(一個(gè))顯示在原始干涉圖的背景;(b)在一個(gè)黑暗的地面。圖5.提取邊緣的骨架圖1(b),通過使用一階傅里葉變換,顯示在原始干涉圖的背景。從

12、圖5中,很明顯,一階變換的算法不能獲得雙明亮的輪廓線邊緣在一個(gè)黑暗的背景。圖6與圖5中但圖6(a)使用三階傅里葉變換得到,換句話說,在算法的步驟2,第三個(gè)高峰是選擇和其他山峰是過濾掉。很明顯,該算法成功確定輪廓線不僅明亮的邊緣,而且黑暗的邊緣。實(shí)際上想要的結(jié)果從明亮的邊緣只有在案件的多波束斐索干涉tech-nique傳播,因此,如果我們想要光明的邊緣輪廓線的只有我們應(yīng)該選擇第一個(gè),sec-ond,和第三峰在一起,如圖6所示(b)。前面的測試完成了自由interfero-gram噪音。在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中,可以引入各種噪聲干涉圖的各種內(nèi)在或外在不良實(shí)驗(yàn)條件。所以它具有啟發(fā)性與噪聲interfero

13、-gram測試算法。沒有使用任何過濾過程,圖7和圖8顯示了結(jié)果的測試的四個(gè)不同的隨機(jī)噪聲比添加到原始inter-ferogram使用MatLab7程序(圖1)。結(jié)果清楚地顯示算法的能力建設(shè)同時(shí)明亮和黑暗邊緣的輪廓線和隨機(jī)噪聲的影響非常小。圖9(一個(gè))顯示了一行in-tensity分布(列100)圖4與圖8(d)(b)。很明顯,強(qiáng)度分布之間的差異很小,兩曲線幾乎相互配合,往往是一個(gè)曲線。Fig-ure 9(b)是圖9的放大部分(一)更清楚地說明,不同的是一個(gè)像素,這意味著從的角度精度,算法的優(yōu)點(diǎn)是具有高電阻噪聲。該算法通過使用一個(gè)實(shí)驗(yàn)測試(a) （b）圖6.在圖5中,但一樣(a)第三選擇傅里葉譜

14、的峰值;(b)第一、第二和第三高峰一起選擇。(a) （b）(c) (d)圖7.邊緣提取骨架后,添加四個(gè)不同的隨機(jī)噪聲比,0.008,0.08,0.2,0.4,分別如圖1所示,顯示在原始干涉圖的背景。(b)（a） (a) (b)圖8.提取邊緣的骨架圖6分別顯示在一個(gè)黑暗的背景。 圖9.(a)疊加的一行強(qiáng)度分布(列100)圖4與圖7(d)(b),(b)是(a)的放大部分更清楚地說明雙明亮的多波束斐索干涉條紋的干涉圖類型。圖10(一個(gè))顯示提取的實(shí)驗(yàn)多波束斐索干涉條紋骨架in-terferogram使用光纖作為對象,在原始干涉圖的背景。在圖10(b)顯示了輪廓線,顯示在一個(gè)黑暗的背景。圖11顯示了提取條紋骨架,顯示在原inter-ferogram的背景下,實(shí)驗(yàn)雙明亮的多波束斐索干涉條紋干涉圖;如果使用不規(guī)則纖維作為對象,如圖11所示(一個(gè)),圖11(b)的情況下使用單模光纖作為對象。4。結(jié)論總之,為了避免單調(diào)的手工骨架提取和消除主觀元素由人工操作,引入一種算法accu-rate和全自動(dòng)提取雙明亮的邊緣輪廓線的多波束斐索干涉條紋的。據(jù)我所知,這是第一次來分析多波束斐索干涉條紋自動(dòng)雙明亮的邊緣,使用三階傅里葉變換的條紋分析的技術(shù)。該算法已被測試用電腦模擬邊緣及實(shí)驗(yàn)inter-ferogram。的觀點(diǎn)的準(zhǔn)確性,輪廓線的測試結(jié)果顯示良好的協(xié)議(a) (b)圖10.實(shí)驗(yàn)的多波束斐索干涉int