光電信息技術(shù)其它課件

光電信息技術(shù)其它應(yīng)用

光電信息技術(shù)其它應(yīng)用

激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)光盤存儲(chǔ)攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)攝像測(cè)量1激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)

一．激光打印機(jī)的特點(diǎn)

激光打印機(jī)是光電技術(shù)和電子照相技術(shù)相結(jié)合的一種印字方式，它綜合利用了激光器，光束調(diào)制和偏轉(zhuǎn)、精密光學(xué)機(jī)械和電子計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，是一種非常有代表性的光電子儀器。它有以下特點(diǎn)：1．像素密度高，印字清晰，分辨率比機(jī)械點(diǎn)陣式高近百倍。2．打印速度快，比普通打印機(jī)快6～30倍。3．工作無(wú)撞擊，打印噪聲小。2二．激光打印機(jī)原理

激光打印機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

激光打印機(jī)的打印原理如上圖所示。激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)3

激光掃描寫入系統(tǒng)主要包括激光光源、光調(diào)制器、光偏轉(zhuǎn)器、掃描透鏡等光路元件及相應(yīng)的控制電路。3．

靜電成像對(duì)應(yīng)圖2的3位置，用含有炭精粉粒的顯像劑與感光層接觸，在靜電場(chǎng)的作用下，炭精粉粒附在感光層的曝光區(qū)域上，形成可見(jiàn)的炭精粉圖象，這過(guò)程也稱顯像過(guò)程。4．著色轉(zhuǎn)印對(duì)應(yīng)圖2的4位置，打印紙與已經(jīng)顯像的感光體接觸，同時(shí)采用電暈帶電體從紙的反面加電場(chǎng)，這時(shí)感光體表面的顯像劑轉(zhuǎn)移到打印紙上完成轉(zhuǎn)印。激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)55.熱壓定影對(duì)應(yīng)圖2的5位置，用熱壓器加熱加壓使著色劑牢固粘結(jié)在打印紙上，完成了靜電打印。6．

清洗吸鼓對(duì)應(yīng)圖2的6位置，將感光體用清洗器清除殘留的色粉，準(zhǔn)備下一張打印。三．激光打印機(jī)的光電技術(shù)1.激光器和調(diào)制器

實(shí)用的激光打印機(jī)—般采用He—Ne激光器或半導(dǎo)體激光器作激光光源。激光打印機(jī)中使用的光調(diào)制器早期多為聲光調(diào)制器。隨著半導(dǎo)體激光器的發(fā)展，直接電流調(diào)制的方式已逐步代替聲光調(diào)制方式。激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)6

2．光偏轉(zhuǎn)器

光偏轉(zhuǎn)器實(shí)現(xiàn)激光束的掃描，大多采用旋轉(zhuǎn)多面鏡的方式，它是由以正多角柱體的側(cè)面為鏡面的多面反射鏡和使其高速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)組合而成。3．

激光打印機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)激光打印機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)是打印寬度、打印速度和清晰程度。

四．靜電復(fù)印機(jī)

同激光打印機(jī)相同，復(fù)印機(jī)也是利用光電技術(shù)和電子照相技術(shù)相結(jié)合的一種印字方式。復(fù)印機(jī)與激光打印機(jī)的主要區(qū)別是圖象信息產(chǎn)生的方式不同。復(fù)印機(jī)是實(shí)物文件被反射照明后由成像鏡頭成像曝光在感光體上；而激光打印機(jī)則是由主計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖象數(shù)據(jù)經(jīng)控制電路控制激光束的偏轉(zhuǎn)和光強(qiáng)度掃描曝光完成打印的。激光打印機(jī)和復(fù)印機(jī)7光盤存儲(chǔ)

光盤存儲(chǔ)

一．光盤存儲(chǔ)的類型1、記錄用光盤記錄用光盤也稱“寫后直讀型”(draw)光盤，它兼有寫入和讀出兩種功能，并且寫入后不需處理即可直接讀出所記錄的信息，因此可用作信息的追加記錄。這類系統(tǒng)根據(jù)記錄介質(zhì)和記錄方式的不同又可分為作一次寫入和可擦重寫兩類。2、專用再現(xiàn)光盤專用再現(xiàn)光盤也稱“只讀”型(readnly)。它只能用來(lái)再現(xiàn)由專業(yè)工廠事先復(fù)制的光盤信息，不能由用戶自行追加記錄．8能從光盤上讀出數(shù)據(jù)的裝置是光盤重放系統(tǒng)。大多數(shù)光盤裝置具有記錄和重放的雙重功能。1、只讀型光盤存儲(chǔ)

10下圖給出了光盤的截面形狀。將載有音頻、視頻或文件信息的調(diào)制激光束被聚焦透鏡縮小成直徑1um左右的光點(diǎn)。高能量密度的細(xì)束激光加熱光盤的記錄介質(zhì)表面，使局部位置發(fā)生永久性變形，這造成介質(zhì)表面光學(xué)特性的二值化改變。由于光盤是旋轉(zhuǎn)的，而寫入頭是平移的，在光盤存儲(chǔ)

11反射光為亮紋，而當(dāng)部分激光束落到凹坑底部時(shí)，反射光為暗紋，這樣，當(dāng)光盤按一定的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，來(lái)自光盤的反射激光束亮度將隨光盤上凹坑的變化而變化，只要用光電檢測(cè)器接收反射回來(lái)的被信息點(diǎn)調(diào)制的光強(qiáng)，就可得到：“0”或“1”的信號(hào)。讀出數(shù)據(jù)時(shí)，與寫入信息相同，光盤轉(zhuǎn)動(dòng)，讀數(shù)頭作平移運(yùn)動(dòng)，即合成螺旋運(yùn)動(dòng)。2．可擦型同只讀型類似，只是在激光束照射光盤時(shí)，使光盤表面的磁性膜磁化或使介質(zhì)表面結(jié)晶狀態(tài)發(fā)生變化。另一種光存方法采用基于光熱磁效應(yīng)的光磁盤裝置。光盤存儲(chǔ)

13它的基本設(shè)備也和光盤裝置相類似，主要的區(qū)別在于采用的是磁性的記錄介質(zhì)。在細(xì)束激光的調(diào)制作用下，通過(guò)改變磁介質(zhì)的磁化方向完成信息的存儲(chǔ)。在信息讀出時(shí)不是檢測(cè)光的反射率，而是通過(guò)檢測(cè)反射光的偏振狀態(tài)檢測(cè)信息點(diǎn)處的磁化方向。

四．光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心裝置是光盤驅(qū)動(dòng)器，它是一種超精密光電子裝置。主要包括：光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、伺服跟蹤系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。光盤存儲(chǔ)

14光盤驅(qū)動(dòng)器的組成框圖如圖4.5.2－3所示。光盤存儲(chǔ)

15171819212223目前，攝像檢測(cè)主要應(yīng)用攝像技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)字圖象處理技術(shù)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制。下面舉例說(shuō)明。

三．高壓容器焊縫底片缺陷的攝像測(cè)量隨著攝像測(cè)量技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，已研制出底片的攝像測(cè)量法，利用計(jì)算機(jī)對(duì)攝像的焊縫底片進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。其原理框圖如圖4.5.4－1所示。

攝像測(cè)量251、焊縫底片圖象的攝像輸入2、圖象預(yù)處理（1）灰度變換運(yùn)用全域線形變換，增強(qiáng)缺陷與背景的反差，使圖象清晰，特征明顯。設(shè)p0(i,j)為原始圖象的灰度，p1(i,j)為經(jīng)過(guò)變換后的灰度。初始灰度級(jí)范圍為(a,b)，變換后的灰度級(jí)范圍為(a‘,b’),則：p1(i,j)=a+(b'-a')*[p0(i,j)-a]/(b-a)ap0(i,j)b即將原來(lái)的(a,b)范圍擴(kuò)展為(a',b')范圍。經(jīng)灰度變換后，圖象對(duì)比度增強(qiáng)了（見(jiàn)圖4.5.4－3）。攝像測(cè)量26依次類推，直至前后兩次估計(jì)值的差小于閾值。本算法中取模糊隸屬函數(shù)u(xi)=exp(-(xi-y)2/)，其中，y為濾波輸出，為尺度參數(shù)。決定著模糊集的形狀，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)在5000左右時(shí)，能夠比較好的滿足要求。降噪處理后的圖象如圖4.5.4－4所示。3、圖象分割圖象分割方法中的閾值化因易于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算量小、性能較穩(wěn)定而被廣泛使用。攝像測(cè)量29這里，采用單一閾值。設(shè)f(i,j)為原圖象的灰度值，g(i,j)為閾值圖象的灰度值，T為閾值，則：由此可見(jiàn)，T的選擇很重要。若閾值選的過(guò)低，會(huì)將目標(biāo)物體的像素誤歸為背景；若閾值選的過(guò)高，背景難以去除。閾值選取方法很多，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，采用一種基于二維灰度直方圖Fisher線形分割的圖象分割方法。攝像測(cè)量30具體算法如下：

平均灰度直方圖。（2）對(duì)鄰域平均灰度直方圖，用改進(jìn)的Otsu法，得到閾值T。Reddi利用梯度概念，改進(jìn)了Otsu法。其算法如下：平均值，c為迭代次數(shù)，h(l)是各灰度級(jí)出現(xiàn)的頻數(shù)；2）計(jì)算梯度ec=[m(0,kc)+m(kc,255)]/2-kc；攝像測(cè)量313）判斷是否滿足ec，若滿足則轉(zhuǎn)至6），否則繼續(xù)；4）令kc+1=kc+ec;5）令c=c+1，轉(zhuǎn)至2）；6）輸出kc作為閾值。(3)對(duì)圖象進(jìn)行閾值化圖象中，灰度值大于閾值的像素置為白，小于閾值的像素不變。閾值化之后目標(biāo)物體與背景分離。圖4.5.4－5是氣孔缺陷經(jīng)過(guò)圖象分割后得到的閾值圖象，該圖象分割的閾值取123。攝像測(cè)量324．

缺陷識(shí)別焊縫缺陷主要有五類：圓形缺陷(包括球狀氣孔、點(diǎn)渣等)，裂紋，未熔合，未焊透，條狀?yuàn)A渣。利用標(biāo)記法對(duì)閾值化的圖象進(jìn)行標(biāo)記目標(biāo)物體，可得到物體個(gè)數(shù)，即缺陷個(gè)數(shù)。此時(shí)，須對(duì)缺陷先進(jìn)行人工判別，因?yàn)橐獏^(qū)分單個(gè)缺陷和成組缺陷。然后再對(duì)每個(gè)缺陷進(jìn)行參數(shù)確定和特征提取。（一）輪廓跟蹤設(shè)背景像素值為0，物體像素值為1。下面給出輪廓跟蹤算法：(1)

利用水平掃描法得到輪廓跟蹤的初始點(diǎn)，其坐標(biāo)為(start-x,start-y)，設(shè)它為x1；(2)

搜索第2個(gè)輪廓點(diǎn)，設(shè)它為x2；攝像測(cè)量33先判斷起始點(diǎn)的4鄰域中0像素的位置。當(dāng)下鄰點(diǎn)為0，令n=6；當(dāng)下鄰點(diǎn)不為0，左鄰點(diǎn)為0，令n=4；當(dāng)下、左鄰點(diǎn)都不為0，上鄰點(diǎn)為0，令n=2；當(dāng)下、左、上鄰點(diǎn)都不為0，右鄰點(diǎn)為0，令n=0；從n位置出發(fā)，逆時(shí)針?lè)较蛩阉?像素，最早找到的1像素即是第2個(gè)點(diǎn)，計(jì)下該點(diǎn)的鏈碼值，并算出其坐標(biāo)。(3)搜索第3個(gè)點(diǎn)及以后的點(diǎn)；設(shè)第3個(gè)點(diǎn)為x3，若x2相對(duì)于x1的鏈碼值為偶數(shù)，則搜索x3的起始位置n=(x2的鏈碼值+7)%8;若x2相對(duì)于x1的鏈碼值為奇數(shù)，則搜索x3的起始位置n=(x2的鏈碼值+6)%8，其中%表示模運(yùn)算。由起始位置逆時(shí)針?biāo)阉?像素。以后點(diǎn)的搜索方法同第3點(diǎn)。(4)當(dāng)搜索到的點(diǎn)的坐標(biāo)與(start-x,start-y)相同時(shí)，表示一個(gè)輪廓跟蹤已完成。攝像測(cè)量34（二）選取參數(shù)面積S

周長(zhǎng)L

等效面積S/L

長(zhǎng)徑A和短徑B(5)等效鏈碼方向像素分布N0N3：NO為鏈碼值為0和4的像素個(gè)數(shù)之和與總像素之比，N1為鏈碼值為2和6的像素個(gè)數(shù)之和與總像素之比,N2為鏈碼值為1和5的像素個(gè)數(shù)之和與總像素之比，N3為鏈碼值為3和7的像素個(gè)數(shù)之和與總像素之比。(6)圓形度M攝像測(cè)量35（三）模式識(shí)別根據(jù)大量底片圖象樣本，由上述參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立識(shí)別模式。(1)長(zhǎng)寬比3的是圓形缺陷，其中圓形度15.5，判為點(diǎn)渣；圓形度15.5，是球狀氣孔，若不滿足進(jìn)行(2)；

(2)等效面積0.1，是裂縫，若不滿足進(jìn)行(3)；(3)等效鏈碼方向像素分布N00.8，判為未焊透，若不滿足進(jìn)行(4)；

(4)再判斷長(zhǎng)寬比5，是未熔合，若不滿足進(jìn)行(5)；

(5)剩下的歸為條狀?yuàn)A渣。圖4.5.4－6為缺陷參和模式的