针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法。
【背景技术】
[0002]平面激光诱导荧光成像是使其所含荧光物质激发(诱导)出荧光信号，用摄像设备记录荧光图像，其光强场(灰度)即包含有该荧光物的浓度场信息，此探测的实验技术称作PLIF，在PLIF技术中所述平面激光，即激光片光源，或称激光光刀。激光片光源在流体流动无干扰检测技术中是必不可少的设备。如PIV流速场测试系统；PLIF浓度场测试系统。常见到的片光源装置中有一个将激光束扩展成激光光片的光学组件。一般情况下系使用柱面镜对激光束扩束，生成扇形片光。该扇形光片的横向光功率分布仍保持激光束的高斯分布，因而光强分布很不均匀；再者，扇形光片呈发散型传播，光能利用率不高。对这些特点不做改正，则难以满足PLIF技术对片光的要求。
[0003]本发明中所用的片光源改由鲍威尔棱镜扩束、菲涅尔透镜聚光，形成矩形平行光片光源，其所用的系统如中国实用新型专利ZL201320180897.1号专利。鲍威尔棱镜扩束、菲涅尔透镜聚光，可将扇形扩散的片光再收拢为较为均匀的平行光片，不仅增强了片光的光强，也使片光的均匀性强于柱面镜扩束。这对PLIF无干扰浓度场测试中对片光光强均匀的特质要求十分必要。
[0004]菲涅尔透镜的工作面系由极多不同焦距的同心圆环透镜构成，其断面形状如同锯齿条，每一个齿距，即为一个环带的宽度。经菲涅尔透镜射出的光片中包含有密集的明暗相间的条纹。鲍威尔棱镜所展开的片光的均匀性一般不低于75%，高质量的鲍镜的均匀性则接近80%。
[0005]若单从亮条纹而论，再经菲涅尔透镜聚光后的片光的均匀性有所提升，并足以反映拍摄对象的荧光场强度信息，所以寻找出每根亮线的位置和灰度值，是至关重要的。
[0006]如何提取亮线的有关信息，关键在于对明暗条纹的处理上。拍摄灰度图像后，在全部像素灰度场数据中，如何寻找亮线？但是目前还没有从上述的矩形平行光片光源中提取亮线的方法，因而本发明就具有开创性的意义。
【发明内容】
[0007]本申请的发明目的在于提供一种将针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法。
[0008]为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案:
[0009]本发明的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，菲涅尔透镜位于鲍威尔棱镜的焦距上，激光依次通过鲍威尔棱镜和菲涅尔透镜生成片光图，片光图是一张由极多条明线和暗线相间组成的灰度图，其中:
[0010](I)、采集从菲涅尔透镜产生的片光图，得到该片光图中的每个像素的灰度值；
[0011](2)、沿着平行于像素行的方向，将上述灰度图平均分割成P行，再沿着垂直于像素行方向将上述灰度图平均分割成q列，使该灰度图分割成P行X q列个网格，每个网格的大小相同；
[0012](3)、设每个网格内有m行η列个像素，将每列的m个像素灰度值求和，得到η个和值，求取η个和值的最大值，并记录下该网格的对应列号，即为最大值列号；
[0013](4)、保留步骤(3)的最大值列号的灰度值或最大值列号的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，将所有保留的列定义为此网格内的一个亮线列，而其余列的灰度值被赋值为零，该网格的灰度值为该亮线列的平均灰度值；
[0014](5)、重复步骤(3)和(4)，求取pXq个网格的亮线列的平均灰度值，得到包含P行Xq列个灰度值的整个片光图分布图；
[0015]本发明的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，其中:所述的步骤
(2)中每个网格内m行或η列均包含8-15个像素；
[0016]本发明的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，其中:所述的平均灰度值为上述一个亮线列所有像素的灰度值的总和除以该亮线列所包含像素的个数；
[0017]本发明的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，其中:所述步骤
(I)至步骤(5)均是用计算机来进行辅助运算的。
[0018]本发明提供了针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，使用该方法可以从明暗条纹片光图中提取出荧光对象的全灰度场信息，具备无明暗条纹片光的使用效果。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的鲍威尔棱镜与菲涅尔透镜的光学组合件的原理图；
[0020]图2为通过菲涅尔透镜后的激光形成的片光图，在该片光图中包括:多条明线和暗线相间组成的图像，将该图像划分成P行和q列；
[0021]图3为由图2的片光图的P行和q列划分出来的一个网格片光图的放大图；
[0022]图4为用本发明的方法处理后的一个网格片光图的放大图；
[0023]图5为用本发明的方法处理图2片光图后得到的灰度值分布图。
[0024]在图1中，标号I为激光束；标号2为鲍威尔棱镜；标号3为菲涅尔透镜；标号4为输出的平行片光源。
[0025]在图2至图4中，标号5为P行，标号6为q列。
[0026]图3和图4中，标号7为亮线列。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，从激光器出射的激光束I准确地打在鲍威尔棱镜2的约Imm宽的棱边上,经鲍威尔棱镜2后展开为有一定角度(视鲍威尔棱镜的角度而定)的片光,片光厚度基本上与激光束直径相当，或略有增大。所用菲涅尔透镜3为条状，其长度应稍大于要求的片光高(宽)度，宽度3cm左右即可。该镜置于鲍威尔棱镜2之后，镜体在其出光扩张角之内；而鲍威尔棱镜2则应置于菲涅尔透镜3的焦点之上，从菲涅尔透镜3输出平行片光源4。上述光源在照射到含有荧光素钠的水体后，得到了图2中的片光图。
[0028]片光图是一张由极多条明线和暗线相间组成的灰度图，它包括以下处理方法:
[0029](I)、如图2所示，采集从菲涅尔透镜产生的片光图，得到该片光图中的每个像素的灰度值；
[0030](2)、如图2所示，沿着平行于像素行的方向，将上述灰度图平均分割成P行(如图2至4的标号5)，沿着垂直于像素行方向将上述灰度图平均分割成q列(如图2至4的标号6)，使该灰度图分割成P行Xq列个网格，每个网格的大小相同；
[0031](3)、如图3所示，设每个网格内有m行η列个像素，每个网格内m行或η列均包含8-15个像素,将每列的m个像素灰度值求和，得到η个和值,求取η个和值的最大值,并记录下该网格的对应列号，即为最大值列号；
[0032](4)、保留步骤(3)的最大值列号的灰度值或最大值列号的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，将所有保留的列定义为此网格内的一个亮线列7，而其余列的灰度值被赋值为零，该网格的灰度值为该亮线列7的平均灰度值，即平均灰度值为上述一个亮线列7所有像素的灰度值的总和除以该亮线列所包含像素的个数，例如，如图4所示，保留步骤(3)的最大值列号的灰度值及其左右的2列的灰度值；
[0033](5)、重复步骤(3)和(4)，求取pXq个网格的亮线列7的平均灰度值，得到包含P行Xq列个灰度值的整个片光图分布图。
[0034]所述步骤(I)至步骤(5)均是用计算机来进行辅助运算的。
[0035]图3和图4只是为片光图中的一个网格，将片光图中的所有网格进行上述步骤(3)和步骤(4)后，得到了图5所示的整个片光图的灰度值的分布图。
[0036]上述操作都是用计算机来进行辅助运算的，上述方法是在图3和图4的网格中提取了 5根亮线，使用者可以根据提取信息量的多少选择在每个网格中提取1-5列。
[0037]以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
【主权项】
1.本发明的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，菲涅尔透镜位于鲍威尔棱镜的焦距上，激光依次通过鲍威尔棱镜和菲涅尔透镜生成片光图，片光图是一张由极多条明线和暗线相间组成的灰度图，其特征在于: (1)、采集从菲涅尔透镜产生的片光图，得到该片光图中的每个像素的灰度值； (2)、沿着平行于像素行的方向，将上述灰度图平均分割成P行，再沿着垂直于像素行方向将上述灰度图平均分割成q列，使该灰度图分割成P行X q列个网格，每个网格的大小相同； (3)、设每个网格内有m行η列个像素,将每列的m个像素灰度值求和,得到η个和值，求取η个和值的最大值，并记录下该网格的对应列号，即为最大值列号； (4)、保留步骤(3)的最大值列号的灰度值或最大值列号的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，将所有保留的列定义为此网格内的一个亮线列，而其余列的灰度值被赋值为零，该网格的灰度值为该亮线列的平均灰度值； (5)、重复步骤(3)和(4)，求取pXq个网格的亮线列的平均灰度值，得到包含P行Xq列个灰度值的整个片光图分布图。2.如权利要求1所述的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，其特征在于:所述的步骤(2)中每个网格内m行或η列均包含8-15个像素。3.如权利要求1所述的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，其特征在于:所述的平均灰度值为上述一个亮线列所有像素的灰度值的总和除以该亮线列所包含像素的个数。4.如权利要求1所述的一种针对菲涅尔透镜产生的片光图的灰度处理方法，其特征在于:所述步骤(I)至步骤(5)均是用计算机来进行辅助运算的。
【专利摘要】本发明涉及针对菲涅尔透镜产生的明暗条纹片光图的灰度处理方法。首先采集片光图，获取该图中每个像素的灰度值。沿着平行于像素行的方向，将上述灰度场图平均分割成p行，再沿着垂直于像素行方向将上述灰度场图平均分割成q列，使该灰度场图分割成p行×q列个网格。设每个网格内有m行n列个像素，将每列的m个像素灰度值求和，得到n个和值。求取n个和值的最大值，并记录下其对应列号，即为最大值列号；保留最大值列号的灰度值或最大值列号及其左右的1-2列的灰度值，将所有保留的列定义为此网格内的亮线列，而其余列的灰度值被赋值为零，求取p×q个网格的亮线列的平均灰度值，得到消除了暗线的片光图的灰度场图。
【IPC分类】G06T11/00
【公开号】CN104933741
【申请号】CN201410401394
【发明人】贺益英, 谭水位, 赵懿珺, 吴一红, 曾利, 曲兆松, 郑钧, 任明轩, 徐泽杨, 冯晶
【申请人】中国水利水电科学研究院, 北京尚水信息技术股份有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年8月15日