基于Matlab的云纹干涉图像处理的实现与应用
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４４４２
２０１０，３１（２０）
计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
·多媒体技术·
基于Ｍａｔｌａｂ的云纹干涉图像处理的实现与应用
米红林 （上海应用技术学院机械与自动化工程学院，上海２００２３５）
摘要：由于实验现场及周围环境的干扰，采集的图像中往往包含一些不必要的信息，为得到真实反映实验结果的数据，对 采集的实验图像需要进行必要的图像处理．应用Ｍａｔｌａｂ语言的图像处理功能，对云纹干涉法得到的干涉条纹图进行了图像 增强、噪声处理、二值化和细化等图像处理工作．结果表明，利用基于Ｍａｔｌａｂ语言进行图像处理，方便快捷，能够为后续图像 分析、计算提供良好的基础，能够提高实验结果的可靠度。不同图像增强处理方法得到的结果具有不同边界及内部效果，实 际应用中要取长补短，根据具体情况合理采用图像增强方法，才能达到预期目的． 关键词：云纹干涉条纹；Ｍａｔｌａｂ语言；图像处理；二值图像；条纹细化 中图法分类号：ＴＰ３９１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．７０２４（２０１０）２０－４４４２－０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｍｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｎｏｔ ｕｓｅｄ ｉｎ ｗｏｒｋ ｉｓ ｏｆｆｌ皓ｎ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｓｏｍｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ ａｒｏｕｎｄ ｅｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｒｅａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｍｕｓｔ ｂｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｉｒｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｃ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｍｏｉｒｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｏｍｅｔｒｙ ｍｅｔｈｏｄ．Ｄｕｒｉｎｇ ｏｆｔｈｅ
要方法，它们共同特点是均可以解决条纹级数的自动识别，所 不同的是前者基于位相检测，而后者基于条纹的偏移量检测。 数字干涉图像处理的通常工作分为两方面：一方面是针对一 幅干涉条纹图作图像质量及提取有用信息的处理，如消除图 像上的噪声、增强条纹对比度及提取条纹中心线等，另一方面 是充分利用计算机技术进行条纹增密，条纹图微分、干涉条纹 图机内生成等。随着计算机技术的发展，数字图像处理技术 在图像处理方面变得越来越重要，并成为主要的图像处理手 段睁ｎ。但是，常用于科学研究的图像处理大多是要靠Ｃ、Ｃ＋＋、 ＶＢ等语言进行编程。这些语言使用起来比较费时，语句一般 很长，容易出现语法错误，而且能够掌握和熟练应用这些语言 需要花大量时间。而Ｍａｔｌａｂ具有强大的函数工具库，提供了 很多内建函数，编程时只需要几个语句，并且可以马上运行， 显示结果。基于以上原因本文应用Ｍａｔｌａｂ语言，对口腔金瓷 修复体试件梁加载后得到的云纹干涉图进行了处理，重点讨
相干准直光对称入射，并符合厂＿ｓｉｎｏｍ／ｒｎｋ时，将获得沿试件表 面法线方向，衍射角为风的正、负ｍ级衍射光波，式中厂为试件 栅的频率，九为入射激光波长。当试件未受力时，其正负一级 衍射波前Ａ’和曰’均为平面波。
当试件受力变形后，衍射波由平面光波变为和表面位移 有关的翘曲波前Ａ”，Ｂ”。两柬衍射波前经过成像系统以后在 照相底片上发生干涉，形成云纹条纹。该方法是测定受力物 体的位移场或应变场的现代光力学实验应力分析方法。所得 到的条纹是表示等位移线，按本文所采用的试件栅为１２００线， 毫，则相邻条纹的位移为０．４１７微米。实验直接得到的是一些 模糊的较粗的条纹，而计算所需要的是条纹的中心线。传统 的方法是利用ＣＣＤ将图像采集然后打印出来，再用透明度较 好的纸将条纹中心线描绘下来。因此这种方法受人的主观影 响较大，结果缺乏可信度，误差很大，必然会影响后面的计算 与分析。所以寻找一种方便、快捷的方法来处理云纹图像是很 有必要的，而Ｍａｔｌａｂ强大的图像处理功能无疑是较好的选择。 １．２实验过程
０引 言
现代光测力学，用光学的方法来求力学量，多数情况下， 力学量隐含在所采集的被测对象的图像中。随着激光技术的 发展，现代光测力学作为一种方法和手段，已经渗透到了医 学、测绘学、航空航天等许多学科，成为解决工程实际和科学 研究的重要实验手段之一。为了缩短实验周期，提高实验精 度，人们将数字图像处理技术应用于光学测量结果的干涉条 纹处理中。近几十年来，许多研究人员进行了研究，冯邦恒等 采用了光电管方法“，，用光强直接得到云纹的非整数级条纹， 大大提高了实验精度，向云纹图像的自动化处理方法迈进了 一大步。Ｖｏｌｏｓｈｉｕｎ和Ｂｕｒｇｅ乜ｌ更进一步，提出一种叫半条纹光 弹性分析法，其基本思想就是利用任意点的数值灰度值（即光 强）得到该点的小数条纹级数。相移方法与光载波方法的出 现¨】，成为２０世纪９０年代初光学干涉条纹自动处理的两个主
图２四光束云纹干涉系统光路
图３ 实验结果（Ｐ８０Ｎ） 别的部分却并不突出；在相当满意的一幅图像ｔ会发现多了 一些不知来源的黑点或白点；图像失真、变形等。总之，输入 图像在视觉效果和识别方便性等方面可能存在诸多问题，根 据要求改善图像质量却是一个共同的愿望。图像预处理大致 包括３种类型【８Ｊ：
（１）图像增强处理 图像增强处理是指按需要突出某些有用的信息，去除或 削弱有害无益的信息，如改变图像对比度，去除噪声或强调边 缘的处理等都属于这一类。 （２）图像几何校正处理 由于图像几何失真或囡图像分析的需要，将图像的整体 或者局部进行位置、形状、大小等几何形态变化的处理，这一 类处理称为图像几何校正处理。 （３）图像复原处理 下面根据本文的具体工作，分别从直方图均衡化，低通滤 波，中值滤波，同态滤波进行了图像增强处理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ并进行了比较。
ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｉｍａｇｉｎｇ－ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ｎｏｉｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｂｉｎａｒｙ ａｎｄ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ ｉｓ ａｄａｐｔ ｔｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｍａｇｅ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｏｕｎｄａｒｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｃａｒｌ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｂｙ Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ． Ｓｏ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｍａｇｅ－ｅｎｈａｎｃｅ— ｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｉｒ６ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｔｔｅｒｎ；Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ；ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｂｉｎａｒｙ ｉｍａｇｅ；ｆｒｉｎｇｅｓ ｔｈｉｎｎｉｎｇ
统的偶然误差以及入射到试件上的光束不均匀等因素的影响，
使得采集到的条纹图像会有亮斑、亮带等噪声。严重影响了
对试件加载大小考虑到能出现较为疏密适当的云纹条 纹，还不至于试件绷瓷或瓷折断，又能反应所研究对象为口腔 金瓷修复体的特殊性，本文所采集云纹干涉图时的载荷为Ｐ＝ ８０Ｎ。实验系统为位于防震平台上的四光束云纹干涉光学系 统，如图２所示，主要包括Ｕ．Ｖ场装置、Ｈｅ－Ｎａ激光器、反射镜、 扩束镜和ＣＣＤ摄像机组成，实验结果为图３所示Ｕ，Ｖ位移场。
收稿日期：２００９－０９．２７；修订日期：２００９．１２．１５。 基金项目：上海市教育委员会基金项目（０６０２０２８）。 作者简介：米红林（１９７４－－），男，辽宁昌图人，博士，副教授，研究方向为实验固体力学及图像信息处理。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｉｈｏｎｇｌｉｎ＠ｓｉｔ．ｅＡｕ．ｃａ
万方数据
米红林：基于Ｍａｔｌａｂ的云纹干涉图像处理的实现与应用
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｍｏｉｒ６ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｂｙ Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ
ＭＩ Ｈｏｎｇ．１ｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３５，Ｃｈｉｎａ）
对比度，图像就会比较清晰，如图舶）、（ｄ）所示的执行直方图均
衡化后的图像和直方图。下面是实现的源程序及其功能的注解。
图４直方图均衡化后的云纹图 Ｃｌｅａｒ，ｃｌｏｓｅ ａｌｌ％清除所有内存变量，图形窗口 Ｉ＝ｉｍｒｅａｄ（’ｍｏｉｒｅ．ｊｐｅｇ＇）；％将图像文件ｍｏｉｒｅ．ｊｐｅｇ的图像 像素数据读入矩阵Ｉ ｉｍｓｈｏｗ（Ｉ） ％显示图像Ｉ，图像对比度低，如图（ａ） ｆｉｇｕｒｅ，ｉｍｈｉｓｔ（１）％在新的图形窗口中显示图像Ｉ的直方图， 如图（ｃ），可以注意到图像亮度范围相当狭窄，并未完全覆盖可 能的范围【０，２５５】 １２＝ｈｉｓｔｅｑ（Ｉ）；％对图像Ｉ做直方图均衡补偿在整个范围 内展亮度值并输出到矩阵１２，因而改进了图像Ｉ的对比度 ｆｉｇｕｒｅ，ｉｍｓｈｏｗ（１２）％在新的图像窗口中显示新的图像１２， 如图（ｂ） ｆｉｇｕｒｅ，ｉｍｈｉｓｔ（１２） ％在新的图像窗口中显示图像１２的直 方图，如图（ｄ） ２．２平滑滤波器理 由于试件加工及材质等方面的缺陷；图像采集及加载系
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论图像增强处理的方法，并进行了图像增强处理的分析，对其 优缺点进行了比较，最后对云纹图像进行了灰度处理、二值化 以及条纹中心线提取。其处理结果不仅为后续实验数据计算 提供了必要的基础而且能够较好的提高实验结果的精度。
ｌ云纹干涉法实验原理及实验过程
１．１实验原理 云纹干涉图是利用试件栅衍射波前干涉原理“０】。当两束
试件为具有中间含夹质金瓷试件，预制裂纹是通过在金 属层与瓷层间放置刀片而成，图ｌ（ａ）为口腔金瓷修复体试件 粱，其中ｌ。为合金，厚度为ｌｍｍ，弹性模量为１９３ＧＰａ，泊松比 为０．３３，２。为烤瓷材料，厚度为２．６８ｍｍ，弹性模量为６９．３ＧＰａ， 泊松比为Ｏ．３ｌ，整个金瓷试件宽度为５ｍｍ。该试件制作工艺 为烤瓷熔附金属，就是在１２００。以上高温，通过在表面与氧化 的镍镉合金基底上上瓷，然后自然冷却，打磨最后送入烤瓷炉 上釉后空气中自然冷却即可。试件加工好以后还要在金瓷一 侧复制试件栅，试件栅为正交闪耀光栅，频率为１２００线／毫米， 正交栅的优点是测试试件位移时不必转动试件，只需采用不 方位的两片反射镜就可完成水平Ｕ场与竖直Ｖ场的位移场。 然后将贴好光栅的试件置于加载架上，采用四点弯曲方式加 载，实验加载装置位于隔振平台上的螺旋丝杠加力架，如图１ （ｂ）所示。
万方数据
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２．１直方图均衡化法 当一张图像的灰度集中在某一段区域内时，图像的对比度
会相当差如图４（ａ）、（ｃ）所示的未经过直方图均衡前的云纹图像 及其直方图，为了改善这种情况，使用直方图均衡化的方法来 处理。直方图均衡化就是将灰度平均分配给图像中的所有像 素，使灰度的直方图尽可能呈现均匀分布，这样可提高图像的
２图像预处理及图像增强
不论采用何种装置，采集或输入的图像往往不能令人满 意，如图像中物体的轮廓过于鲜明而明显得不到协调或图像 边缘过于模糊；在图像总体很清晰的情况下，有时需要重点识
坝制裂坡
ＪｒＰ，２ 』Ｐ／２
ｌ ２４
，’
Ｅ．，Ｖ，
ｌ １４
Ｅ．ｖ．
纠。。㈡
（曩） 金瓷试件托压传感器
平面反射镜
图１试件梁四点弯曲加栽
对图像进行二值化处理不仅可以减少数据存贮量提高处理速度同时最重要的是提高干涉条纹的判读精度11化的主要问题在于阈值的选取已经产生了很多经典算法例如基于熵的自动阈值法基于梯度的自动阈值法基于最大低通滤波和中值滤波流程读取图像加入噪声滤波器子模块低通滤波中值滤波输出图像lndftidftexp同态滤波程序读取图像取自然对数里叶变换产生高通butterworth滤波器并让输入图像通过二维反傅里叶变换并取指数函数输出处理后的图像同态滤波后云纹图图10邻近点444620103120计算机工程与设计computerengineeringdesign方差的自动阈值法等
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计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
·多媒体技术·
基于Ｍａｔｌａｂ的云纹干涉图像处理的实现与应用
米红林 （上海应用技术学院机械与自动化工程学院，上海２００２３５）
摘要：由于实验现场及周围环境的干扰，采集的图像中往往包含一些不必要的信息，为得到真实反映实验结果的数据，对 采集的实验图像需要进行必要的图像处理．应用Ｍａｔｌａｂ语言的图像处理功能，对云纹干涉法得到的干涉条纹图进行了图像 增强、噪声处理、二值化和细化等图像处理工作．结果表明，利用基于Ｍａｔｌａｂ语言进行图像处理，方便快捷，能够为后续图像 分析、计算提供良好的基础，能够提高实验结果的可靠度。不同图像增强处理方法得到的结果具有不同边界及内部效果，实 际应用中要取长补短，根据具体情况合理采用图像增强方法，才能达到预期目的． 关键词：云纹干涉条纹；Ｍａｔｌａｂ语言；图像处理；二值图像；条纹细化 中图法分类号：ＴＰ３９１．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．７０２４（２０１０）２０－４４４２－０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｍｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｎｏｔ ｕｓｅｄ ｉｎ ｗｏｒｋ ｉｓ ｏｆｆｌ皓ｎ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｓｏｍｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ ａｒｏｕｎｄ ｅｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｒｅａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｍｕｓｔ ｂｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｉｒｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｃ ｃａｐｔｕｒｅｄ ｂｙ ｍｏｉｒｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｏｍｅｔｒｙ ｍｅｔｈｏｄ．Ｄｕｒｉｎｇ ｏｆｔｈｅ
要方法，它们共同特点是均可以解决条纹级数的自动识别，所 不同的是前者基于位相检测，而后者基于条纹的偏移量检测。 数字干涉图像处理的通常工作分为两方面：一方面是针对一 幅干涉条纹图作图像质量及提取有用信息的处理，如消除图 像上的噪声、增强条纹对比度及提取条纹中心线等，另一方面 是充分利用计算机技术进行条纹增密，条纹图微分、干涉条纹 图机内生成等。随着计算机技术的发展，数字图像处理技术 在图像处理方面变得越来越重要，并成为主要的图像处理手 段睁ｎ。但是，常用于科学研究的图像处理大多是要靠Ｃ、Ｃ＋＋、 ＶＢ等语言进行编程。这些语言使用起来比较费时，语句一般 很长，容易出现语法错误，而且能够掌握和熟练应用这些语言 需要花大量时间。而Ｍａｔｌａｂ具有强大的函数工具库，提供了 很多内建函数，编程时只需要几个语句，并且可以马上运行， 显示结果。基于以上原因本文应用Ｍａｔｌａｂ语言，对口腔金瓷 修复体试件梁加载后得到的云纹干涉图进行了处理，重点讨
相干准直光对称入射，并符合厂＿ｓｉｎｏｍ／ｒｎｋ时，将获得沿试件表 面法线方向，衍射角为风的正、负ｍ级衍射光波，式中厂为试件 栅的频率，九为入射激光波长。当试件未受力时，其正负一级 衍射波前Ａ’和曰’均为平面波。
当试件受力变形后，衍射波由平面光波变为和表面位移 有关的翘曲波前Ａ”，Ｂ”。两柬衍射波前经过成像系统以后在 照相底片上发生干涉，形成云纹条纹。该方法是测定受力物 体的位移场或应变场的现代光力学实验应力分析方法。所得 到的条纹是表示等位移线，按本文所采用的试件栅为１２００线， 毫，则相邻条纹的位移为０．４１７微米。实验直接得到的是一些 模糊的较粗的条纹，而计算所需要的是条纹的中心线。传统 的方法是利用ＣＣＤ将图像采集然后打印出来，再用透明度较 好的纸将条纹中心线描绘下来。因此这种方法受人的主观影 响较大，结果缺乏可信度，误差很大，必然会影响后面的计算 与分析。所以寻找一种方便、快捷的方法来处理云纹图像是很 有必要的，而Ｍａｔｌａｂ强大的图像处理功能无疑是较好的选择。 １．２实验过程
０引 言
现代光测力学，用光学的方法来求力学量，多数情况下， 力学量隐含在所采集的被测对象的图像中。随着激光技术的 发展，现代光测力学作为一种方法和手段，已经渗透到了医 学、测绘学、航空航天等许多学科，成为解决工程实际和科学 研究的重要实验手段之一。为了缩短实验周期，提高实验精 度，人们将数字图像处理技术应用于光学测量结果的干涉条 纹处理中。近几十年来，许多研究人员进行了研究，冯邦恒等 采用了光电管方法“，，用光强直接得到云纹的非整数级条纹， 大大提高了实验精度，向云纹图像的自动化处理方法迈进了 一大步。Ｖｏｌｏｓｈｉｕｎ和Ｂｕｒｇｅ乜ｌ更进一步，提出一种叫半条纹光 弹性分析法，其基本思想就是利用任意点的数值灰度值（即光 强）得到该点的小数条纹级数。相移方法与光载波方法的出 现¨】，成为２０世纪９０年代初光学干涉条纹自动处理的两个主
图２四光束云纹干涉系统光路
图３ 实验结果（Ｐ８０Ｎ） 别的部分却并不突出；在相当满意的一幅图像ｔ会发现多了 一些不知来源的黑点或白点；图像失真、变形等。总之，输入 图像在视觉效果和识别方便性等方面可能存在诸多问题，根 据要求改善图像质量却是一个共同的愿望。图像预处理大致 包括３种类型【８Ｊ：
（１）图像增强处理 图像增强处理是指按需要突出某些有用的信息，去除或 削弱有害无益的信息，如改变图像对比度，去除噪声或强调边 缘的处理等都属于这一类。 （２）图像几何校正处理 由于图像几何失真或囡图像分析的需要，将图像的整体 或者局部进行位置、形状、大小等几何形态变化的处理，这一 类处理称为图像几何校正处理。 （３）图像复原处理 下面根据本文的具体工作，分别从直方图均衡化，低通滤 波，中值滤波，同态滤波进行了图像增强处理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ并进行了比较。
ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｉｍａｇｉｎｇ－ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ｎｏｉｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｂｉｎａｒｙ ａｎｄ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ ｉｓ ａｄａｐｔ ｔｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｍａｇｅ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｐｒｏｇｒａｍ ｉｓ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｏｕｎｄａｒｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｃａｒｌ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｂｙ Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ． Ｓｏ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｍａｇｅ－ｅｎｈａｎｃｅ— ｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｉｒ６ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｔｔｅｒｎ；Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ；ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｂｉｎａｒｙ ｉｍａｇｅ；ｆｒｉｎｇｅｓ ｔｈｉｎｎｉｎｇ
统的偶然误差以及入射到试件上的光束不均匀等因素的影响，
使得采集到的条纹图像会有亮斑、亮带等噪声。严重影响了
对试件加载大小考虑到能出现较为疏密适当的云纹条 纹，还不至于试件绷瓷或瓷折断，又能反应所研究对象为口腔 金瓷修复体的特殊性，本文所采集云纹干涉图时的载荷为Ｐ＝ ８０Ｎ。实验系统为位于防震平台上的四光束云纹干涉光学系 统，如图２所示，主要包括Ｕ．Ｖ场装置、Ｈｅ－Ｎａ激光器、反射镜、 扩束镜和ＣＣＤ摄像机组成，实验结果为图３所示Ｕ，Ｖ位移场。
收稿日期：２００９－０９．２７；修订日期：２００９．１２．１５。 基金项目：上海市教育委员会基金项目（０６０２０２８）。 作者简介：米红林（１９７４－－），男，辽宁昌图人，博士，副教授，研究方向为实验固体力学及图像信息处理。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｉｈｏｎｇｌｉｎ＠ｓｉｔ．ｅＡｕ．ｃａ
万方数据
米红林：基于Ｍａｔｌａｂ的云纹干涉图像处理的实现与应用
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｍｏｉｒ６ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｂｙ Ｍａｔｌａｂ ｌａｎｇｕａｇｅ
ＭＩ Ｈｏｎｇ．１ｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３５，Ｃｈｉｎａ）
对比度，图像就会比较清晰，如图舶）、（ｄ）所示的执行直方图均
衡化后的图像和直方图。下面是实现的源程序及其功能的注解。
图４直方图均衡化后的云纹图 Ｃｌｅａｒ，ｃｌｏｓｅ ａｌｌ％清除所有内存变量，图形窗口 Ｉ＝ｉｍｒｅａｄ（’ｍｏｉｒｅ．ｊｐｅｇ＇）；％将图像文件ｍｏｉｒｅ．ｊｐｅｇ的图像 像素数据读入矩阵Ｉ ｉｍｓｈｏｗ（Ｉ） ％显示图像Ｉ，图像对比度低，如图（ａ） ｆｉｇｕｒｅ，ｉｍｈｉｓｔ（１）％在新的图形窗口中显示图像Ｉ的直方图， 如图（ｃ），可以注意到图像亮度范围相当狭窄，并未完全覆盖可 能的范围【０，２５５】 １２＝ｈｉｓｔｅｑ（Ｉ）；％对图像Ｉ做直方图均衡补偿在整个范围 内展亮度值并输出到矩阵１２，因而改进了图像Ｉ的对比度 ｆｉｇｕｒｅ，ｉｍｓｈｏｗ（１２）％在新的图像窗口中显示新的图像１２， 如图（ｂ） ｆｉｇｕｒｅ，ｉｍｈｉｓｔ（１２） ％在新的图像窗口中显示图像１２的直 方图，如图（ｄ） ２．２平滑滤波器理 由于试件加工及材质等方面的缺陷；图像采集及加载系
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论图像增强处理的方法，并进行了图像增强处理的分析，对其 优缺点进行了比较，最后对云纹图像进行了灰度处理、二值化 以及条纹中心线提取。其处理结果不仅为后续实验数据计算 提供了必要的基础而且能够较好的提高实验结果的精度。
ｌ云纹干涉法实验原理及实验过程
１．１实验原理 云纹干涉图是利用试件栅衍射波前干涉原理“０】。当两束
试件为具有中间含夹质金瓷试件，预制裂纹是通过在金 属层与瓷层间放置刀片而成，图ｌ（ａ）为口腔金瓷修复体试件 粱，其中ｌ。为合金，厚度为ｌｍｍ，弹性模量为１９３ＧＰａ，泊松比 为０．３３，２。为烤瓷材料，厚度为２．６８ｍｍ，弹性模量为６９．３ＧＰａ， 泊松比为Ｏ．３ｌ，整个金瓷试件宽度为５ｍｍ。该试件制作工艺 为烤瓷熔附金属，就是在１２００。以上高温，通过在表面与氧化 的镍镉合金基底上上瓷，然后自然冷却，打磨最后送入烤瓷炉 上釉后空气中自然冷却即可。试件加工好以后还要在金瓷一 侧复制试件栅，试件栅为正交闪耀光栅，频率为１２００线／毫米， 正交栅的优点是测试试件位移时不必转动试件，只需采用不 方位的两片反射镜就可完成水平Ｕ场与竖直Ｖ场的位移场。 然后将贴好光栅的试件置于加载架上，采用四点弯曲方式加 载，实验加载装置位于隔振平台上的螺旋丝杠加力架，如图１ （ｂ）所示。
万方数据
４４４４ ２０１０，３１（２０）
计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
２．１直方图均衡化法 当一张图像的灰度集中在某一段区域内时，图像的对比度
会相当差如图４（ａ）、（ｃ）所示的未经过直方图均衡前的云纹图像 及其直方图，为了改善这种情况，使用直方图均衡化的方法来 处理。直方图均衡化就是将灰度平均分配给图像中的所有像 素，使灰度的直方图尽可能呈现均匀分布，这样可提高图像的
２图像预处理及图像增强
不论采用何种装置，采集或输入的图像往往不能令人满 意，如图像中物体的轮廓过于鲜明而明显得不到协调或图像 边缘过于模糊；在图像总体很清晰的情况下，有时需要重点识
坝制裂坡
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（曩） 金瓷试件托压传感器
平面反射镜
图１试件梁四点弯曲加栽
对图像进行二值化处理不仅可以减少数据存贮量提高处理速度同时最重要的是提高干涉条纹的判读精度11化的主要问题在于阈值的选取已经产生了很多经典算法例如基于熵的自动阈值法基于梯度的自动阈值法基于最大低通滤波和中值滤波流程读取图像加入噪声滤波器子模块低通滤波中值滤波输出图像lndftidftexp同态滤波程序读取图像取自然对数里叶变换产生高通butterworth滤波器并让输入图像通过二维反傅里叶变换并取指数函数输出处理后的图像同态滤波后云纹图图10邻近点444620103120计算机工程与设计computerengineeringdesign方差的自动阈值法等