高精度单幅干涉图自动处理方法

　　1　引　言

　　在光学精密检测中,目前有许多单幅干涉图的处理方法,其处理精度及各种条件见表1[1,2]。其中的“自动化”都是指获得有效处理区域后进行的自动处理过程,这一点可以从文献[2]对于各种方法的历史综述中发现,而对于有效数据区相对于整个原始处理区域较为偏移的条纹图(如表1所示),如何实现自动识别和处理还未见有关论述。首先利用形态方法对原图像做背景置零处理,然后采用阈值处理方法,并利用平均滤波、中值滤波的不同特性,对有效区干涉条纹增强处理,从而有效抑制和消除了无效区的影响,提取出有效区信息并确定实际处理区域的大小,为进一步进行其它方法的处理打下基础。同时,从表1可以看出,对于单幅干涉图的动态处理而言,如果能够克服边缘效应,那么FFT方法由于其低的实验需求和较高的精度,不失为一种优先考虑的方法,而且鉴于计算机硬件和数字化技术的高速发展,处理的复杂性已经不再成为问题。现提出一种外插的修正算法,有效地提高了FFT处理的精度。

　　由于FFT自身性质,所处理的干涉图有效区域应为长方形,否则会带来较大的处理误差,因此对于测量中常见的圆形域、环形域干涉图需进行外、内插处理以提高处理精度。当然最简单的办法就是圆外置零外插法,但采用置零的方法使得条纹在孔径边界突然消失,引起傅里叶谱的扩散[3],在恢复所得波面的孔径边缘产生很大误差,形成边界效应。Bone D J等人首次讨论了边界效应问题[4],提出了在边界对称反转外延的方法,以改善干涉图在边界的幅度突变,但误差也对称延伸到外插区域;还有提取旁瓣进行多次迭代的方法[5],但该方法由于多次FFT运算而速度太漫,实用性较差;另外还有边缘极值点为原点进行外插的方法[6]等等。本文对边缘极值点为原点外插的方法进行修正,该方法能同时对环形内孔干涉条纹图进行插值。

　　2　有效区提取

　　2.1　相关原理

　　(1)均值滤波和中值滤波

　　平均滤波和中值滤波属于空域滤波的方法,其实质是直接在空间域进行图像平滑处理。在预处理过程中先做均值滤波,再做中值滤波,并重复该过程多次,既能抑制噪声又能保证轮廓的清晰度。

　　(2)形态操作

　　使用一个圆盘形结构元素对图像做形态开启操作,先进行腐蚀再进行膨胀,来获得图像背景[7]。通过该操作在获得背景的同时,对噪声能起到消除作用。

　　2.2　步骤

　　(1)对原始图(图1所示),大小为768像素×552像素进行特定滤波处理,并减去背景。再做5像素×5像素均值滤波和3像素×3像素中值滤波,该过程重复3次。将上一步获得的图像减去背景。使用一个半径为2像素的圆盘型结构元素对图像进行形态打开操作,形态打开操作会删除那些不完全包括在半径为2像素圆盘中的对象,从而实现背景亮度的估计;然后将背景图像从原图像中减去,从而创建一个新的背景较为一致的图像。如图2所示。