第九章現(xiàn)代光電檢測技術與系統(tǒng)

1、第第9章章 現(xiàn)代光電檢測技術與系統(tǒng)現(xiàn)代光電檢測技術與系統(tǒng)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1.光譜儀器光譜儀器2.光度量和輻射度量檢測技術光度量和輻射度量檢測技術3.莫爾形貌測試技術莫爾形貌測試技術4.條形碼技術條形碼技術5.三角法測試技術三角法測試技術6.光電圖像檢測技術光電圖像檢測技術9.1 光譜儀器光譜儀器9.1.1 單色光的產(chǎn)生單色光的產(chǎn)生 色儀用來將具有寬譜段輻射的光源分成一系列譜線很窄的單色光，因而它既可作為一個可調(diào)波長的單色光源，也可作為分光器； 按其作用原理可分為：物質(zhì)色散、多縫衍射 、濾光片 單色儀的主要性能指標有：色散率和光譜分辨率1. 色散率色散率 色散率表明從色散系統(tǒng)中射出的不同

2、波長的光線在空間彼此分開的程度（角色散率），或者匯聚到焦平面上時彼此分開的距離（線色散率）。2. 光譜分辨率光譜分辨率 分辨率是表明單色儀分開波長極為接近的兩條譜線的能力。 理論分辨率等于角色散率與有效孔徑在色散平面內(nèi)寬度的乘積。ddDR9.1.2 光譜儀器的分類光譜儀器的分類 根據(jù)光譜儀器所采用的分解光譜的工作原理，它可以分成兩大類：經(jīng)典光譜儀器和新型光譜儀器。 根據(jù)接收和記錄光譜的方法不同，光譜儀器可分為：看譜儀、攝譜儀、光電光譜儀。 根據(jù)光譜儀器所能正常工作的光譜范圍，光譜儀器可分為：真空紫外(即遠紫外)光譜儀、紫外光譜儀、可見光光譜儀、近紅外光譜儀、紅外光譜儀、遠紅外光譜儀。 根據(jù)儀器

3、的功能及結(jié)構(gòu)特點，光譜儀器也可以分為：單色儀、發(fā)射光譜儀、吸收光譜儀器、熒光光譜儀器、調(diào)制光譜儀、其他光譜儀器（如激光喇曼光譜儀、光聲光譜儀、成像光譜儀、多光譜掃描儀等）。9.1.3 分光光度計分光光度計 分光光度計主要用于測量物質(zhì)的光譜反射比或光譜透射比。圖9-1是美國通用電器公司生產(chǎn)的一種由雙單色儀系統(tǒng)和工作在零讀數(shù)下的偏光光度計組成的分光光度計的結(jié)構(gòu)圖。圖9-1 美國GE公司生產(chǎn)的一種分光光度計 I1可否去掉?9.1.4 傅立葉變換光譜儀傅立葉變換光譜儀 如圖9-2是邁克爾遜干涉儀的工作原理。圖9-2 邁克爾遜干涉儀的光學系統(tǒng) FT光譜輻射計和邁克爾遜干涉儀的差別在于：平面鏡M2以一恒速

4、V運動，位移量X=Vt；光源不只是單色光，可以是連續(xù)光譜 與棱鏡、光柵單色儀相比，F(xiàn)T光譜輻射計的主要優(yōu)點：(1)高的能量傳輸;(2)高的信噪比；(3)高的分辨率9.1.5 成像光譜儀成像光譜儀1. 場景掃描模式場景掃描模式 成像光譜儀場景掃描常用的模式包括撣帚式、推帚式和凝視三種，如圖9-4所示。圖9-4 成像光譜儀場景掃描模式2. 光譜接收模式光譜接收模式 成像光譜儀的光譜接收模式有色散型、干涉型和濾光片型，模式的最終選擇取決于靈敏度、空間分辨率、光譜分辨率、視場之間的折衷。目前常見的成像光譜儀大多為基于分光棱鏡、色散棱鏡和衍射光柵的色散型成像光譜儀，其中又以采用光柵的色散型成像光譜儀最為

5、突出。(1) 色散型成像光譜儀色散型成像光譜儀 圖9-5為基于反射光柵的色散超光譜系統(tǒng)，它原理簡潔、性能穩(wěn)定，可同時獲得每一譜線且光譜分辨力高圖9-5 基于光柵的色散系統(tǒng) 在光柵色散系統(tǒng)的實現(xiàn)形式上，凹面光柵由于兼具色散和成像作用，比起平面光柵系統(tǒng)來結(jié)構(gòu)簡單，光學結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，設計簡潔，所有外場應用時經(jīng)常得到實際應用。凹面光柵的原理圖及效果圖如圖9-6所示。圖9-6 凹面光柵的原理效果圖 (2) 干涉型成像光譜儀干涉型成像光譜儀 時間調(diào)制干涉成像光譜儀，將入射光分裂成兩部分，并通過一種可變光程差將這兩束光復合，從而產(chǎn)生一幅場景光譜干涉圖（如圖9-7)圖9-7 時間調(diào)制干涉成像光譜儀 (3)

6、濾光片型成像光譜儀濾光片型成像光譜儀 包括可調(diào)諧濾光片系統(tǒng)和空間可變?yōu)V光片系統(tǒng)，通過光學帶通濾光片把來自場景光譜的一個窄波段透射到單個探測器或者整個焦平面探測器列陣上，可采用可調(diào)諧濾光片、分立濾光片或空間可變?yōu)V光片?？烧{(diào)諧濾光片包括聲光和液晶兩種，聲光可調(diào)諧濾光片通過改變聲波頻率而改變有效間隔，并將濾光片調(diào)到不同波長，對于給定的聲頻只有很窄的光波范圍滿足相位匹配條件。液晶可調(diào)諧濾光片利用雙折射效應，通過改變尋常入射光線和非常入射光線之間的光程差選擇波長，但其調(diào)諧速度慢。采用調(diào)諧濾光片的成像光譜儀譜段可任意選擇，控制方便，但很難同時獲得多譜段的圖像?？臻g可變?yōu)V光片的典型是劈形濾光片。采用劈式濾光

7、片的成像光譜儀（圖9-8）原理十分簡單，但工藝復雜。圖9-8 劈式濾光片原理的成像光譜儀 幾種光譜接收模式比較如下：幾種光譜接收模式比較如下：（1）由于色散型成像光譜儀中均含有入射狹縫，狹縫越窄，光譜分辨率越高，而進入系統(tǒng)的光通量就越少，即光譜分辨率和光通量成為色散型成像光譜儀中相互制約的一對矛盾。而在干涉型成像光譜儀中同時測量的卻是所有譜元均有貢獻的干涉強度，空間調(diào)制型干涉成像光譜儀雖然也有狹縫，但狹縫寬度不影響光譜分辨率，只決定于空間分辨率的要求。在滿足空間分辨率的前提下，狹縫可以較寬，從而使狹縫面積和視場角較大。（2）光柵比棱鏡、楔型濾光片和干涉技術有很多優(yōu)點。其中較濾光片的主要優(yōu)點是可

8、同時獲得每一譜線且光譜分辨力高，極大簡化了飛行后數(shù)據(jù)的處理。由于透射全息光柵難以解決低失真和雜散光，反射式光柵成為許多系統(tǒng)優(yōu)選的對象。光柵主要的局限是傳統(tǒng)的光柵系統(tǒng)存在光學失真、多衍射級雜散光及對入射光極性靈敏度問題，但通過使用具有散光修正反射衍射光柵可回避這些問題，如選擇鏡子的斜度和光柵全息構(gòu)造點來優(yōu)化設計，平衡第三、四級雜散光。9.2.1 照度的測量照度的測量 目前在實際工作中主要采用客觀法測量照度，即將照度計的光輻射探測器放在待測平面，光照引起探測器的光電流，放大后通過儀表或數(shù)字讀出。對于標定過的照度計，讀出的數(shù)據(jù)代表了所測平面的照度值。照度計的基本結(jié)構(gòu)是光電測量頭及其示數(shù)裝置。光電測量

9、頭包括光電探測元件、光譜修正濾光片以及擴大測量量程的光衰減器(中性濾多片等)，如圖9-9所示。圖9-9 照度計結(jié)構(gòu)原理圖 9.2光度量和輻射度量檢測技術光度量和輻射度量檢測技術 為了可靠地測量照度，照度計必須滿足以下條件為了可靠地測量照度，照度計必須滿足以下條件:(1) 光電探測器的光譜響應應符合照度測量的要求；(2) 探測器的余弦校正;(3) 照度示值與所測照度有正確的比例關系；(4) 照度計要定期進行精確標定；(5) 照計計要有較多強的環(huán)境適應性;9.2.2 亮度的測量亮度的測量 常用的亮度計用一個光學系統(tǒng)把待測光源表面成像在放置光輻射探測器的平面上。圖9-11給出一種亮度計的結(jié)構(gòu) 。圖9

10、-11 亮度計結(jié)構(gòu)圖 圖9-12是一種用途廣泛的亮度計(Spectra Pritchard光度計)的結(jié)構(gòu)圖 圖9-12 某亮度計結(jié)構(gòu)示意圖 9.2.3 輻射測量與測溫輻射測量與測溫1. 總輻射度量的測量總輻射度量的測量 總輻射度量的測量是對待測光源在整個輻射譜段內(nèi)總輻射能的測量，具有一些特點： 由于待測光源一般包含相當寬光譜范圍的輻射能，信號較強，在測量時一般可不需用光學系統(tǒng)聚光，從而可避免光學系統(tǒng)吸收、反射等所引入的輻射能損失使測量不精確。在輻亮度測量中，光學系統(tǒng)則是為了使測量有確定的視場大小。 由于要適應測量光譜范圍的光輻射能，探測器的光譜響應范圍應足夠?qū)?，隨之也帶來背景輻射對測量值有較大

11、影響的問題。 在寬譜段內(nèi)測量時，應考慮光輻射能傳輸介質(zhì)可能出現(xiàn)的吸收對測量結(jié)果的影響。介質(zhì)中水蒸汽，二氧化碳等過量及其變化，都會在測量結(jié)果中引入誤差，所以，除了平方反比定律等對測量距離的限制外，測量距離不宜過大，也可用強迫通風、充入惰性氣體、局部抽真空等方法，使介質(zhì)的吸收、散射對測量的影響減小。2. 輻射體的溫度輻射體的溫度(1) 亮溫 實際發(fā)射體在某一波長(窄譜段范圍內(nèi))的光譜輻亮度和黑體在某一溫度同一波長下的光譜輻亮度相等時，黑體溫度稱為發(fā)射體的輻亮度溫度。如果波長在可見光譜范圍內(nèi)用人眼(或具有人眼光譜光視效率響應的探測器)來判斷其間亮度相等時，則稱為亮度溫度，簡稱亮溫；(2) 色溫和相關

12、色溫 色溫是顏色溫度的簡稱，在可見譜段內(nèi)，當發(fā)射體和某溫度的黑體有相同的顏色時，那末黑體溫度就稱為發(fā)射體的色溫。相關色溫就是發(fā)射體和某溫度的黑體有最相近的色時黑體的溫度；(3)輻射溫度 輻射體的輻射溫度是在整個光輻射的譜段范圍內(nèi)的輻亮度與某溫度黑體輻亮度相等時黑體的溫度，即 4/( )bTTT 式中， (T)是材料的平均發(fā)射率；T是輻射體的真實溫度；Tb是其等效黑體溫度 3. 亮度的測量亮度的測量測量亮溫最常用的儀器是光學高溫計，圖9-14是其結(jié)構(gòu)原理圖圖9-14 光學高溫計的結(jié)構(gòu) 光學高溫計紅色遮光片和人眼光譜光視效率曲線的組合，構(gòu)成了中央波長約0.65 m，譜段寬度約80nm的響應特性(見

13、圖9-15中帶剖面線部分)。 圖9-15 光學高溫計的光譜響應 光學高溫計的觀察視場內(nèi)，人眼可看到待測輻射源和高溫計燈泡燈絲像(圖9-16)圖9-16 高溫計燈泡燈絲的消隱 4. 色溫的測量色溫的測量 最常用的測量色溫的方法有兩種： 測量待測光源的相對光譜能量分布，利用色度計算公式，求出光源在色度圖上的色坐標，從而由色度圖上等溫相關色溫線確定光源在給定工作電壓下的色溫或相關色溫； 雙色法，這是最常用的色溫測量或標定的方法；測量需要已標定色溫值的標準光源，再用待測光源和標準光源進行雙色比對測量，求出待測光源的色溫值。測量原理是：選定兩個窄譜段(原則上是任意的，例如在可見譜段，常在藍色和紅色各選一

14、個譜段)，如果待測光源在這兩個譜段探測器輸出信號的比值與某色溫的標準光源相同，那么標準光源的色溫值就是待測光源的色溫值(圖9-17)，測量裝置如圖9-18所示。 圖9-17 雙色法測色溫 圖9-18 雙色法測色溫的裝置5. 輻射溫度的測量輻射溫度的測量圖9-19是加了鍍金半球前置反射器的輻射測溫計結(jié)構(gòu) 圖9-19 全輻射測溫計 9.3 莫爾形貌（等高線）測試技術莫爾形貌（等高線）測試技術 9.3.1 照射型莫爾法照射型莫爾法 (1)幾何原理幾何原理圖9-20 照射型莫爾法幾何原理圖 tantanNPNPNPNPhdNPadNPOBDFlll(2) 視差修正視差修正 在圖9-20中，像機所攝莫爾

15、條紋在點，坐標為（，），而實際上此條紋應代表試件表面上點的高度，點坐標為（，）。因此，應對坐標的視差進行修正。由圖9-20可知()()hxxdxlhyydyl獲得莫爾條紋圖后，應根據(jù)式（9-15）進行坐標修正。 ( 9-15 )9.3.2 投影型莫爾法投影型莫爾法 圖9-21所示為光柵投影系統(tǒng)和投影法的原理圖 圖9-21 投影型莫爾法光學系統(tǒng)與原理示意圖 投影型莫爾法有下列特點： （1）采用小面積基準光柵（通常像手掌那樣大即可），透鏡可以調(diào)換倍率； （2）同其他方法相比，可以測較大的三維物體； （3）對微小物體，采用縮小投影方法，這樣就不受光柵衍射現(xiàn)象的影響； （4）投影的莫爾圖形可在物體上直

16、接觀察； （5）能取出變形光柵 9.3.3 莫爾條紋級次與凹凸判斷莫爾條紋級次與凹凸判斷 在使用照射莫爾方法與投影莫爾方法時，計算莫爾條紋所代表的高度時，要知道條紋的級數(shù)。實際測量時條紋的絕對級數(shù)不易確定，只能定出條紋的相對級數(shù)。確定條紋的級數(shù)前，應先確定物體表面的凹凸。 被測定的物體是凹是凸，單從莫爾等高線是不能判斷的，這就增加了計量中的不確定性，因此需要考慮如何進行凹凸判定問題。判定凹凸的一種方法是，當光柵離開物體時，如果條紋向內(nèi)收縮，表明該處表面是凸的，反之是凹的；照射型中還可通過移動光源來確定凹凸問題，如果光源同接受器之間的距離d增加，條紋向外擴張且條紋數(shù)增加，則是凸的。此外，也可采用

17、彩色光柵的方法來判斷凹與凸。 物體表面的凹凸一旦確定，就可用確定干涉條紋級次的方法來確定莫爾條紋的級次。9.3.4 幾何可測深度幾何可測深度 現(xiàn)以照射型莫爾方法為例進行分析，在照射莫爾方法中，只有當參考柵在光源照射下能在試件表面形成被調(diào)制的變形參考柵時，才有可能獲得等高莫爾條紋。當柵線間距P較大時，可用幾何光學的方法分析可測深度，稱為幾何可測深度，如圖9-22所示。圖9-22 幾何可測深度 設光柵節(jié)距為P，柵線遮光部分寬度與節(jié)距之比為a，忽略衍射效應時，可得maxaPlHbaP9.4 條形碼技術條形碼技術1. 條形碼的概念及特點條形碼的概念及特點 條形碼系統(tǒng)是按特定格式組合起來的一組寬度不同的

18、平行線條，其線條和間隔代表了某些數(shù)字或符號，用以表示某些信息。條形碼可以印刷在物品、紙包裝或其他介質(zhì)上，做成含有信息的條形碼標簽，通過光電掃描閱讀設備，即可準確反映出所表示的信息。 一幅完整的條形碼標簽，在條形碼圖形下面還常印有供人員識別的相應文字信息，如圖9-23所示。圖9-23 典型的條形碼標簽 圖9-24表示了條形碼信號的閱讀和處理的工作原理 圖9-24 條形碼信號的閱讀和處理的工作原理 3. 條形碼的識別原理及裝置條形碼的識別原理及裝置(1) 條形碼的識別原理條形碼的識別原理 條形碼識別的核心內(nèi)容就是通過光學掃描或成像把沿空間一維方向分布的條形碼信息傳遞到光電變換器件上，然后轉(zhuǎn)換成以時

19、間為變量的時序脈沖串。圖9-25給出了使用He-Ne激光掃描器閱讀條形碼信息變化過程。圖9-25 激光掃描條形碼的信息變換過程 圖9-26為CCD條形碼識別工作原理 圖9-26 CCD條形碼識別工作原理 (2) 條形碼識別器條形碼識別器 條形碼的識別首先要求利用某些光電掃描裝置沿某一軌跡對所有條碼條符進行掃描，需要經(jīng)過以下幾個環(huán)節(jié)： 要求建立一個光學系統(tǒng) 要求一個接受系統(tǒng)能夠采集到光點運動時打在條形碼條符上反射回來的反射光 要求一個電子電路將接受到的光信號不失真地轉(zhuǎn)換為電脈沖 下面介紹幾種常用的條形碼掃描閱讀器 手持裝置 一種是由透鏡、光導纖維、光敏元件、放大整形電路和接觸開關組成，其結(jié)構(gòu)如圖

20、9-27所示。圖9-27 光筆的一種結(jié)構(gòu) 固定光束的光學掃描閱讀器 這種掃描器通常安裝在某個特定的位置，例如裝在緊靠傳送帶的地方。掃描器只能對它面前的條形碼作單路或多光路的一次性掃描。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與光筆類似，也使用白熾燈或發(fā)光二極管作光源，用光電三極管作為光敏接收元件，只是傳輸光信號的光學系統(tǒng)略為復雜些。 移動光束的光學掃描閱讀器 圖9-28給出兩種有代表性的激光掃描器光路圖以及應用示意圖。 圖9-28 激光掃描器光路圖 圖9-28 激光掃描器光路圖 9.5 三角法測試技術三角法測試技術 9.5.1 三角法測試技術基礎三角法測試技術基礎 單點式激光三角法測量常采用直射式和斜射式兩種結(jié)構(gòu)，如圖9

21、-29所示。 圖9-29 三角法測量原理示意圖 在圖9-29(a)中，激光器發(fā)出的光線，經(jīng)會聚透鏡聚焦后垂直入射到被測物體表面上，物體移動或其表面變化，導致入射點沿入射光軸的移動。入射點處的散射光經(jīng)接收透鏡入射到光電位置探測器（PSD或CCD）上。若光點在成像面上的位移為x，則被測面在沿軸方向的位移為sincosaxxbx 圖9-29(b)所示為斜射式三角法測量原理圖。激光器發(fā)出的光線和被測面的法線成一定角度入射到被測面上，同樣地，物體移動或其表面變化，將導致入射點沿入射光軸的移動。入射點處的散射光經(jīng)接收透鏡入射到光電位置探測器上。若光點在成像面上的位移為x，則被測面在沿法線方向的移動距離為

22、11212cossin()cos()axxbx9.5.2 三角法測試技術的應用三角法測試技術的應用1. 測距儀及其在自動測焦照相機中的應用測距儀及其在自動測焦照相機中的應用 實際的測距儀系統(tǒng)如圖9-31所示。 圖9-31 測距儀原理圖 實際裝置在測定時，為提高測試準確度可以采用像符合法（零位法）。即在的后面插入一個棱鏡，通過調(diào)節(jié)棱鏡的位置來使像B重疊在A上，由棱鏡所轉(zhuǎn)動的角度就可以求出x，繼而求出被測距離，如圖9-32所示 圖9-32 像符合法示意圖 像符合法在照相機的自動測焦裝置中被廣泛地采用。自動測焦照相機是采用兩個圖像傳感器來判定像的重合，其光學系統(tǒng)如圖9-33所示。 圖9-33 自動調(diào)

23、焦照相機自動調(diào)焦光學系統(tǒng) 圖9-34所示為應用激光三角法測量汽車車身曲面裝置的原理圖。 圖9-34 激光三角法測量汽車車身曲面裝置的原理圖 2. 計算機視覺三維測試計算機視覺三維測試 9.6.1 圖像的預處理技術圖像的預處理技術 1. 灰度直方圖灰度直方圖 灰度直方圖是灰度級的函數(shù)，描述的是一幅圖像中的灰度級與出現(xiàn)這種灰度的概率之間的關系的圖形，其橫坐標是灰度級，縱坐標是該灰度出現(xiàn)的概率（像素的個數(shù)）。當一幅圖像被壓縮為直方圖后，所有的空間信息都丟失了。直方圖描述了每個灰度級具有的像素的個數(shù)，但不能為這些像素在圖像中的位置提供任何線索。因此，任一特定的圖像有唯一的直方圖，但反之并不成立，即不同

24、的圖像可以有著相同的直方圖，如在圖像中移動物體一般對直方圖沒有影響。9.6 光電圖像檢測技術光電圖像檢測技術 2. 圖像增強處理圖像增強處理 圖像增強是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時削弱或去除某些不需要的信息的處理方法。(1) 灰度直方圖均衡化處理灰度直方圖均衡化處理 圖9-35（a）所示為原始圖像的直方圖,從圖中可以知道，該圖像的灰度集中在較暗的區(qū)域，相當于一幅曝光過強的照片。其概率密度函數(shù)為 2201( )0rrrP r其他圖9-35 直方圖均衡或處理的均勻密度變換 ( 9-23 ) 式9-23中，r是歸一化的像素灰度級，采用累積分布函數(shù)原理可以求其變換函數(shù)為 20sT( )

25、P ( )2rrrdrr 式中，s為變換后的像素灰度級，其變換函數(shù)曲線如圖9-35 (b)所示，可以證明，變換后的像素分布概率密度是均勻的，如圖9-35(c)所示。 ( 9-24 )(2) 直方圖規(guī)定化處理直方圖規(guī)定化處理 直方圖均衡化的變換函數(shù)采用的是累積分布函數(shù)，只能產(chǎn)生近似均勻的直方圖效果。在某些應用中，并不總是需要具有均勻分布直方圖的圖像，而是需要具有特定直方圖的圖像，以便能夠?qū)D像中的某些灰度級加以增強。 設Pr (r)是原始圖像灰度分布的概率密度函數(shù)，Pz (z)是希望得到的圖像的概率密度函數(shù)。首先，對原始圖像進行直方圖均衡化處理，即有0sT( )P ( )rrrd 假設對希望得到

26、的圖像也做直方圖均衡化處理，有 0( )( )zzuG zPd 由于兩幅圖像同樣做了均衡化處理，那么，Ps(s)和Pu(u)具有同樣的均勻密度分布。如果用從原始圖像中得到的均勻灰度級s來代替u，則式（9-24）的逆過程的結(jié)果，其灰度級就是所要求的概率密度函數(shù)Pz(z)的灰度級。11( )( )zGuGs 用這種處理方法得到的新圖像的灰度級具有事先規(guī)定的概率密度函數(shù)Pz(z)。這種方法在連續(xù)變量的情況下涉及到求反變換函數(shù)的解析式的問題，一般比較困難，但是數(shù)字圖像處理的是離散變量，一般采用近似方法繞過這個問題。 (3) 圖像平滑化處理圖像平滑化處理 圖像平滑化處理追求的目標是消除圖像中的各種寄生效

27、應又不使圖像的邊緣輪廓和線條模糊，圖像平滑化處理方法有空域法和頻域法兩大類，主要有鄰域平均法、低通濾波法、多圖像平均法等。 鄰域平均法的基本思想是用幾個像素的平均值來代替每個像素的灰度，假定有一幅MN個像素的圖像f(x，y)，平滑處理后得到一幅圖像g（x，y），則(, )1( , )( , )m nsg x yf m nM 低通濾波法是一種頻域處理法。在分析圖像的頻率特性時，圖像的邊、跳躍部分以及顆粒噪聲表現(xiàn)為圖像信號的高頻分量，而大面積的背景區(qū)域則表現(xiàn)為圖像信號的低頻分量，用濾波的方法除去高頻部分，就能抑制噪聲，使圖像平滑，由卷積定理可知 式中，F(xiàn)（u，v）是含有噪聲的圖像的傅里葉變換；G（

28、u，v）是平滑處理后的圖像的傅里葉變換；H（u，v）是傳遞函數(shù)，選擇低通濾波特性的H（u，v）使F（u，v）的高頻分量得到衰減，得到G（u，v）后再經(jīng)反傅里葉變換就得到所希望的平滑圖像g（x，y）。常用的低通濾波器有以下幾種，其H（u，v）的剖面圖如圖9-36所示。圖9-36 低通濾波器傳遞函數(shù)剖面圖 (4) 圖像銳化處理圖像銳化處理 圖像銳化處理主要用于增強圖像的邊緣和灰度跳躍部分。與圖像平滑化處理一樣，圖像銳化處理方法也有空域法和頻域法兩大類 梯度微分法是最常用的圖像銳化方法。如果給定一個函數(shù)f（u，v）在坐標（x，y）上的梯度可以定義為一個矢量( , )fxgrad f x yfy 在數(shù)

29、字圖像處理中，數(shù)據(jù)是離散型的，通常采用差分形式代替微分運算1222 ( , ) ( , )(1, ) ( , )( ,1)G f x yf x yf xyf x yf x y 而且在計算機計算梯度時，通常用絕對值來近似代替差分運算 ( , ) |( , )(1, )|( , )( ,1)|G f x yf x yf xyf x yf x y 與圖像平滑方法相反，采用高通濾波法可以銳化圖像，常用的高通濾波器有以下幾種，其H（u，v）的剖面圖如圖9-38所示 圖9-38 高通濾波器傳遞函數(shù)剖面圖 3. 失真校正失真校正 任意的幾何失真由非失真坐標系（x，y）變換到失真坐標系（x，y）的方程來定義，

30、即12( , )( , )xh x yyh x y 式中，h1和h2是幾何失真系數(shù)，它們隨幾何失真的性質(zhì)而變化，例如透視失真的變換是線性的，其形式為xaxbycydxeyf 式中，a、b、c、d、e、f是線性方程系數(shù)，通常情況下，h1和h2是未知數(shù)，這時可以通過標準網(wǎng)格的已知失真圖形，測量失真網(wǎng)格中的網(wǎng)格點的位置來決定此失真變換中h1和h2的近似值。 如圖9-39所示為一個標準測試板和其在魚眼透鏡中的成像圖形，變形極為嚴重。借助于此，可以設計一種變換方程，將透過該魚眼透鏡拍攝的圖像校正到一個矩形坐標系中。 圖9-39 測試板和對應的魚眼圖像 4. 圖像坐標變換圖像坐標變換(1) 平移變換平移變換100 , , ,1 010,11x y Hx yxm ynmn式中，m、n是平移常量，于是有 ,xxm yyn(2) 比例變換比例變換 cossin0 , , ,1sincos0 cossin , sincos ,1001x y Hx yxyxy式中，