干涉图像辅助采集与处理系统的研究与开发样本

“国家大学生创新性实验筹划”项目申请表项目名称非接触式干涉图像辅助采集与解决系统研究与开发项目负责人雷霆学号联系电话电子信箱所在年级院（系）、专业年级：10级学院：理学院专业：电子信息科学与技术指引教师陈淑清联系电话燕山大学教务处制表填表日期：11月6日填表须知一、项目申请表要按照《燕山大学“国家大学生创新性实验筹划”项目管理办法》有关规定，逐项认真填写，填写内容必要实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、格式规定：表格中字体应为小四号宋体，1.5倍行距；需签字某些由有关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、项目申请表由项目负责人填写，经学院（系）评审汇总后统一上报燕山大学“国家大学生创新性实验筹划领导小组”办公室，学生申请课题必要自行联系拟定指引教师。四、项目申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，笔迹清晰。五、如填表有不明事宜，请与燕山大学“国家大学生创新性实验筹划领导小组”办公室（电话：8047707；电子邮箱：）联系和征询。项目名称非接触式干涉图像辅助采集与解决系统研究与开发项目来源项目来源改为：秦皇岛市科技局项目（项目编号：01A031，项目时间：8月—5月）申请经费１９０８９元起止时间11月—11月一、项目团队状况学生姓名雷霆学号性别男所在院系理学院所在专业电子信息科学与技术年级10级身份证号6523236联系电话E-mail项目分工负责人，负责项目整体设计与规划,编写图像解决软件所需某些程序个人简介（涉及自身条件、特长、兴趣、科研经历及成果等）理学院电子信息科学与技术本科在读学生，做事认真仔细，善于向她人请教，熟悉编程语言、图像解决以及界面设计，有较强领导能力，独立性强，对干涉效应有着浓厚兴趣，熟悉干涉效应原理以及各种干涉实验仪器，渴望在物理干涉领域，特别是干涉效应实际开发应用方面有所建树。重要经历：1月：进入理学院115实验室学习编程技术；5月：参加河北省职业规划大赛；6月：组建科研小组，准备参加国家大学生创新性实验筹划项目；10月：参加燕山大学第十六届‘世纪杯’大学生课外学术科技作品竞赛；掌握技能：编程语言：C语言、C++面向对象编程语言、C#面向对象编程等基本编程技能图像解决：matlab数字图像解决技术、Photoshop抠图技术；电子技术：熟悉数字电路设计，51单片机，Ａｒｍ９单片机；其她方面：熟悉flash动画制作、熟悉物理光学实验操作原理；相信具备以上能力以及对干涉效应浓厚兴趣，再加上个人努力以及团队合伙，我相信咱们科研小组一定可以顺利完毕本次科研项目。学生（签名）：年月日学生姓名甘纯学号性别男所在院系理学院所在专业信息与计算科学年级10级身份证号3602039联系电话E-mail项目分工算法设计/编写接口程序，安全系统程序个人简介甘纯，理学院10级信息与计算科学学生，擅长编程，在数学、电子方面有所长，参加过某些科技竞赛。月：进入理学院115实验室学习编程技术；6月：进入国家大学生创新性实验科研小组，并做好了参赛准备；10月：并参加全国高教杯大学生数学建模大赛，并获得省级二等奖；实践技能：专业技能：程序设计；编程语言：C语言编程、C++面向对象编程、matlab编程；数学方面：算法、matlab应用、lingo应用；学生（签名）：年月日学生姓名李特伟学号性别男所在院系理学院所在专业电子信息科学与技术年级10级身份证号3303822联系电话E-mail项目分工顾客操作界面设计个人简介李特伟，理学院电子信息科学与技术本科在校生，爱慕电子技术，成绩先进，工作踏实，认真。1月：进入理学院115实验室学习编程技术；3月：获得理学院本专业校级三等奖学金一次；5月：带领创业筹划团队参加校级创业设计大赛并获得先进奖；6月：进入国家大学生创新性实验科研小组，并做好了参赛准备；掌握技能：嵌入式Linux：linux；编程技术：C语言、C++面向对象编程、C#面向对象编程；学生（签名）：年月日二、指引教师状况姓名陈淑清学历研究生研究生职称高档实验师研究方向所在院系理学院电话E-mail三、申请理由（涉及自身具备知识条件、自己特长、兴趣和已有工作积累和成绩等）干涉现象，在物理学中具备重要学术价值。并且作为一种无损，无污染优质资源，在倡导‘绿色，节能，环保’今天，干涉效应已逐渐在工业检测、监控等方面体现出了它无可比拟优势，随着科技发展，在将来工业生产中，干涉现象也必将发挥出重要作用。自从115创新团队组建以来，队员通过自学编程技术以及其她电子方面知识，已具备一定操作基本与程序开发能力；在图像解决、算法、界面设计等方面都各有所长，如：图像解决：VisualC++图像解决编程、matlab图像解决；编程语言：C语言程序设计，C++程序设计、C#面向对象编程；其她方面：flash动画制作，CCD图像传感器应用；同步队员们还在各类竞赛中积累了丰富经验与团队合伙意识。队员所参加过比赛项目、培训与获奖状况有：河北省职业规划大赛（雷霆，6月）；理学院115实验室编程培训(全体队员)；燕山大学数学建模暑期培训（甘纯，7月）；全国高教杯大学生数学建模大赛并获得省级二等奖（甘纯，10月）；燕山大学创业筹划大赛获得先进奖（李特伟，）；燕山大学第十六届‘世纪杯’大学生课外学术科技作品竞赛（雷霆，甘纯，10月）；通过一年相处，队员在学习同步早已建立了深厚情谊，队员之间互相学习，共同进步，无论是技术能力还是精神面貌都可以较好地满足课题研究实际需要。值得强调是，队员们对于干涉效应有着浓厚兴趣，对于干涉原理，理论意义，学术价值以及开发前景均有一定结识，但愿通过参加这次国家大学生创新性实验，全体队员可以参加干涉效应研究与实际开发应用，在研究过程中积累知识，锻炼能力，开阔视野，集思广益，不断创新。四、立项背景（涉及国内外研究现状、趋势、研究意义、参照文献和其她关于背景材料等）物理学中，干涉是两列或两列以上波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形现象。在咱们寻常生活中，只要稍加留意就会发现干涉影子，例如当咱们在阳光下洗衣服时，盆里肥皂或洗衣粉泡上会浮现各种彩色花纹，并且随泡大小变化，花纹形状和颜色也不断变化；例如在炎热夏天，雨过天晴，柏油路积水面上浮着一层油膜会呈现出五颜六色色彩；例如用手把两片无色透明玻璃片捏在一起，阳光下也能看到彩色花纹，以上现象产生，是由于光产生了薄膜干涉现象。巧妙地运用干涉咱们还可以去弊存利，创造完美，例如咱们戴眼镜镜片以及照相机镜片上涂增透膜就是运用入射光在膜上下表面反射波互相干涉而抵消，从而使透射光得到增强而起到增透作用。在历史上，干涉现象及其有关实验是证明光波动性重要根据【01】，但光这种干涉性质直到十九世纪初才逐渐被人们发现，重要因素是相干光源不易获得【０２】。为了获得可以观测到可见光干涉相干光源，人们创造制造了各种产生相干光光学器件以及干涉仪，这些干涉仪在当时都具备非常高测量精度：阿尔伯特·迈克耳逊就借助迈克耳逊干涉仪完毕了知名迈克耳逊－莫雷实验，得到了以太风观测零成果[0３]。在二十世纪六十年代之后，随着激光这一高强度相干光源创造【0４】，使得光学干涉测量技术得到了前所未有广泛应用，在各种精密测量中都能见到激光干涉仪【05】身影。干涉仪应用极为广泛，可以用于：长度精密测量，折射率测定，波长测量，对工业产品质量、长度及其她物理参数进行无损检测，检查光学元件质量，对宇宙天体位置及运动状态进行测量，以及用作高辨别率光谱仪来做光谱精细构造和超精细构造分析等等。由于干涉效应无限魅力和巨大应用价值，使得始终以来，热衷于对干涉原理探究和干涉器件设计应用事业科学家前仆后继，接踵而至，她们创造出了一种个响绝于耳干涉光路、干涉器件和干涉应用，如杨氏双缝干涉，等倾干涉，等厚干涉，多光束干涉，菲涅耳双面镜，菲涅耳双棱镜，洛埃镜，迈克耳孙测星干涉仪【06】，迈克耳孙干涉仪【07】，马赫－曾特尔干涉仪【08】，法布里－珀罗干涉仪和全息照相等，这些都极大地推动了光学学科向前发展和极大地改进了人们生活质量。但是，不可否认是，这些研究绝大某些都停留在对干涉自身研究，而对干涉后续工作，例如干涉图像采集与解决等则研究较少，这显然是没有与时俱进，没有与当前科技较好结合，这是对干涉研究不完美，是必要要注重起来一项研究。随着当今CCD和CMOS技术走俏，咱们基于其开发非接触式干涉图像辅助采集与解决装置，将为干涉应用插上翅膀，为干涉带来巨大附加产值。当前市面上不论是以普通光源作为干涉源【09】、还是以激光光源作为干涉源绝大某些干涉仪，都只能靠人工去辨认判断干涉现象，去测量干涉条纹位置或数目，这将极大地削弱干涉仪使用精度与效率，特别是在工业现场，在生产线上，长时间高强度地去人工盯着测量更不现实，加之拿激光作为干涉源，往往干涉图形亮度会比较大，若长期专注地观测则有害眼睛健康，因而设计一套干涉图像辅助采集与解决装置将成为当前研究大势所趋和必然选取。咱们设计这套非接触式干涉图像辅助采集与解决装置，是以干涉效应为基本；以自编控制，解决软件为核心，依托既有科技（如CCD，图像采集卡）；以实现非接触式图像采集、智能化图像解决为重要目的；以扩展干涉效应应用范畴，提高基于干涉效应工业检测、监控精度，提高学生实验质量与效率，简化操作程序，增强操作可视性，安全性为最后目，为工业监控、检测以及学生实验提供一种安全，高效，精准操作平台。值得强调是，当前，某些完全靠人工测量、没有辅助测量系统干涉仪，市场保有量巨大，特别是在大中专院校和中小型公司产品检测生产线上，因而，咱们开发这套辅助系统也将具备辽阔市场应用前景和潜在市场开发价值。参照文献[01]Johnson，M.A.，Betz，A.L.，andTownes，C.H.(1974).Phys.Rev.Lett.33，1617–1620.[02]Michelson，AlbertAbraham&Morley，EdwardWilliams，OntheRelativeMotionoftheEarthandtheLuminiferousEther，AmericanJournalofScience.1887，34：333–345[03]Hariharan（），第79页．[04]Hariharan，P.(1987a).In“ProgressinOptics”(E.Wolf，ed.),Vol.XXIV，pp.105–164.Elsevier，Amsterdam.[05]Siegman，A.E.(1966).Proc.IEEE54，1350–1356.[06]Johnson，M.A.，Betz，A.L.，andTownes，C.H.(1974).Phys.Rev.Lett.33，1617–1620.[07]Sutton，E.C.，Storey，J.W.V.，Betz，A.L.，Townes，C.H.，andSpears，D.L.(1977).Astrophys.J.Lett.217，L97.[08]Sutton，E.C.(1979).In“HighAngularResolutionInterferometry,”ProceedingsofColloquiumNo.50oftheIAU，pp.16/1–16/14.UniversityofSydney，Sydney.[09]Tango，W.J.，andTwiss，R.Q.(1980).In“ProgressinOptics”(E.Wolf，ed.)，Vol.XVII，pp.241–277.North-Holland，Amsterdam.五、项目研究内容该系统将实现如下功能： 依照需求，通过变化采集装置安装与采集途径，实现对不同仪器设备产生干涉信息进行实时采集，满足不同工业检测以及干涉实验规定； 可以自动扩充干涉图像解决函数库，对各种干涉图像进行实时解决（重要对图像进行去噪、增强、锐化、平滑、灰度方面解决），通过一种新高斯噪声解决办法，提高噪声解决能力，实现对图像像质改进、图像分析、图像重建；最后将解决后图像以及关于图像参数信息以图、表形式实时保存并反馈至计算机屏幕； 可以在实际使用中实时监测外部环境非光学因素（如温度，湿度，空气密度等对光传播有影响因素）变化，并自动变化图像解决中相应参数，减少外部环境对干涉信息影响，进一步提高干涉信息精确性；该装置究将重要从如下几种某些开始研究：图像采集装置建设。重要涉及：对采集器选取，选取具备高精度图像采集器，在图像采集过程中，最大限度地保证采集图像真实性；对采集光路设计与制造，采用非接触法通过采集器实现干涉图像实时采集与传播。最后设计出一种满足各种工业检测、监控及学生实验需求图像采集装置。图像解决软件建设。通过新定义软件构造，设计出具备自我成长能力解决软件，可以以自身数据库为基本，在实际对图像解决同步，不断扩充自身数据库，实现软件自我完善，满足对各种不同干涉图像解决需求。重点研究对图像重要信息提取与对高斯噪声解决办法。设计一种新高斯噪声组合滤波办法，运用新滤波模板，以更加优化组合方式在维纳滤波和形态学滤波基本上将图像滤波与小波增强有效结合，通过定义新维纳滤波模板进行预解决，再运用新形态学滤波模板进一步解决，并将运用小波系数重构图像，最后设计一种新小波增强函数，对图像高斯噪声进行全面解决，提高图像清晰度，保存图像细节信息，最后实现对图像重要参数提取与整合；实时监控能力建设。运用既有环境检测设备，设计一种辅助环境检测装置，该装置对将与解决软件有机结合，可以精准测定外界环境变化，并将变化参数反馈至解决软件，通过解决软件变化解决函数相应参数，达到最佳解决效果；数据、图像反馈。重要实当前计算机上对解决后数据、图像实时整合、显示与记录，为干涉信息后续使用与研究提供精准信息支持；六、项目特色与创新之处本项目特色与创新之处体当前：非接触式设计采用。通过以CCD摄像头为主采集设备，有目地实现无干扰式采集，最大限度地保证采集对象真实性，实现采集过程针对性、灵活性、精确性；自适应型干涉效应函数库建立。提出一种智能函数库概念，可以以自身数据库为基本，在实际使用中能不断自动扩充自身数据库，达到自主学习，自我完善目，提高图像解决灵活性，实现解决软件智能化，是一种软件设计理念上跨越；新高斯噪声组合滤波办法采用。定义新组合式高斯噪声滤波办法，设计新滤波模板，将各种滤波方式有机地结合，进一步提高软件对高斯噪声去除能力，实现了技术办法上改进；可视度与观赏性增强。通过人性化设计，简化操作程序，解放人力资源，提高实验效率与质量，减少干涉仪器对人体视力损伤；七、筹划进度安排研发前期（.12.01—.12.30）查阅资料，购买书籍，向教师请教、征询，制定详细项目研究方案，并对原有方案进行修改；选购材料以及系统装置重要配件，器材，并对器材进行熟悉，调试；对小构成员进行进一步分工，将详细工作贯彻到个人，使成员各尽其能，使有限人力资源发挥出最大作用。研发中期（.01.01—.09.20）对采集装置光路设计，采集装置搭配，与计算机连接进行详细地研究与设计，并对其效果进行调试与评估；集中人力对图像解决软件进行设计研发，并参照相应图像解决软件，对本软件进行优化，最后实现图像优质解决；抽出某些人员开始对监控系统进行研究，当图像解决软件完毕后，开始对监控系统进行全面攻关；对软件接口与计算机显示界面进行全面设计，重点设计图像解决软件与计算机接口以及计算机界面分派与显示形式。将采集装置与计算机以及图像解决软件、监控系统进行整合调试，发现问题，寻找最优方案；研发后期（.09.12--.10.30）将进行一系列地实验运营，检查装置性能；将装置投放至可用于工业检测，监控以及学生实验单位，进行使用体验，并制作顾客调查表；重点调查市场行情，将本装置推向市场。结题阶段（.11.01—.11.30）撰写研究论文和总结报告，准备结题答辩。八、经费预算（含配套经费）（支出项目按如下类别填写：资料费、调研费、实验费、会议费、论文刊登费以及