基于傅里叶变换的干涉离焦像散斑转向判别方法与流程

本发明涉及光学系统中椭球粒子的测量技术领域，特别是涉及一种复杂粒子干涉离焦像散斑转向的判别方法。

背景技术：

干涉粒子成像技术具有精度高、测量范围广和非接触等优点，因此广泛应用于粒子测量领域。在测量过程中，透明球形粒子的干涉聚焦像为两点像，干涉离焦像为明暗相间的条纹图像，通过分析干涉聚焦像或干涉离焦像可获取粒子尺寸、位置坐标和运动速度等信息。透明椭球粒子的干涉离焦像为散斑图像，粒子转向的变化导致干涉离焦像散斑转向的变化，通过分析散斑的转向信息可获取粒子的转向信息，因此，干涉离焦像的散斑转向判别具有重要意义。

利用干涉粒子成像技术实现透明椭球粒子测量中，专利cn103868831a提出一种《云粒子谱分布测量方法及测量系统》，通过离焦干涉图和退偏离焦干涉图实现云粒子的相态判别。

目前，现有技术中还没有对透明椭球粒子干涉离焦像散斑转向判别的实例。

技术实现要素：

在上述现有技术的基础上，本发明提出了一种基于傅里叶变换的干涉离焦像散斑转向判别方法，通过对干涉离焦像的傅里叶变换获取散斑转向，适用于光学系统中透明椭球粒子的测量。

本发明的一种基于傅里叶变换的干涉离焦像散斑转向判别方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、利用干涉粒子成像系统，获取任意转向下透明椭球粒子的干涉离焦像；

步骤2、利用matlab对干涉离焦像进行傅里叶变换处理，对里叶变换处理的结果图像进行二值化，得到傅里叶变换处理的中心亮斑；

步骤3、利用椭圆圈出亮斑，沿椭圆长轴方向画线得到亮斑转向；

步骤4、做步骤3中亮斑转向的垂线，垂线方向即为干涉离焦像散斑转向。

本发明可以实现透明椭球粒子干涉离焦像的散斑转向判别，进而实现透明椭球粒子的转向判别，为复杂粒子场测量提供技术支持。

附图说明

图1为本发明的透明椭球粒子干涉离焦像散斑转向判别方法流程图。

图2为干涉粒子成像系统实例结构图，其中：1、激光器，2、显微物镜，3、空间滤波器，4、准直透镜，5、柱面镜一，6、柱面镜二，7、载玻片，8、成像透镜，9、ccd。

图3为干涉离焦像及处理结果示意图，其中：(a)-(d)是具有不同散斑转向的透明椭球粒子干涉离焦像；(e)-(h)是干涉离焦像的傅里叶变换处理结果；(i)-(l)干涉离焦像散斑放大和干涉离焦像傅里叶亮斑放大的组合图像。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细描述。

实施例1：干涉粒子成像系统

本发明采用的干涉粒子成像系统如图2所示，激光器1出射光波长为532nm，最大输出功率为6w的激光束，激光束经过显微物镜2扩束、空间滤波器3滤波、准直透镜4准直后，经柱面镜一5和柱面镜二6被压缩为1mm的片状激光束，收集粒子散射光的成像透镜8为尼康50mmf/1.4d定焦镜头，接收器件9为像元尺寸6.45μm、有效像元数1384×1036的ccd，系统散射角θ为90°，系统放大倍率为1.67，物距为79.88mm，像距为133.68mm，待测粒子为采用粒径80μm的聚苯乙烯球形粒子拉伸得到的椭球粒子，椭球粒子长短轴比范围为1.5到2.5。

观测过程中，粒子以任意方向分布于载玻片7上，载玻片与位于离焦像面上的ccd9的接收平面平行，因此椭球粒子只存在平面上的偏转角，采集不同散斑转向下的透明椭球粒子干涉离焦像。

实施例2：采用傅里叶变换算法获取透明椭球粒子干涉离焦像散斑转向的处理结果比较：

如图3所示，为干涉离焦像及处理结果示意图。其中：(a)-(d)是具有不同散斑转向的透明椭球粒子干涉离焦像；(e)-(h)是干涉离焦像的傅里叶变换处理结果；(i)-(l)是干涉离焦像散斑放大和干涉离焦像傅里叶亮斑放大的组合图像。通过获取不同转向的粒子的干涉离焦像，得到具有不同散斑转向的干涉图像，取干涉离焦像中具有代表性的散斑作为散斑转向并以虚线标出，取干涉离焦像傅里叶变换结果并分别以点划线和实线标出，由图3可以看出，傅里叶变换亮斑转向的垂线方向即为干涉离焦像的散斑方向。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于傅里叶变换的干涉离焦像散斑转向判别方法，步骤(1)、利用干涉粒子成像系统，获取任意转向下透明椭球粒子的干涉离焦像；步骤(2)、利用MATLAB对干涉离焦像进行傅里叶变换处理；步骤(3)、对图像处理结果二值化，得到傅里叶变换处理的中心亮斑；步骤(4)、利用椭圆圈出亮斑，沿椭圆长轴方向画线得到亮斑转向；步骤(5)、做步骤(3)中亮斑转向的垂线，垂线方向即为干涉离焦像散斑转向。本发明可以实现粒子干涉离焦像的散斑转向判别，进而实现粒子的转向判别，为复杂粒子场测量提供技术支持。

技术研发人员：张红霞;孙金露;王晓磊;贾大功;刘铁根
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.09.06
技术公布日：2019.01.04