基于图像处理的牛顿环应力测量方法研究

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1、西安科技大学硕士学位论文基于图像处理的牛顿环应力测量方法研究专业名称：物理电子学作者姓名：郭朝霞指导教师：郭长立学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集团已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：论文题目：基于图像处理的牛顿环应力测量方法研究专业：物理电子学研究生：郭朝霞（签名）指导老师：郭长

2、立（签名）摘要牛顿环是典型的等厚干涉现象，广泛应用在科学研究和工业技术领域，如光学元器件表面质量控制、光波波长测量、透镜曲率半径测量、试件表面光洁度检验、液体折射率测量以及半导体技术中硅片中氧化层的厚度测量等等。此外，还可以利用牛顿环干涉法测量光学玻璃的应力。在牛顿环存在较大应力变形情况下，传统人工读数方法的测量误差较大，且不便于长时间连续观测及存储图像信息。本课题将数字图像处理技术用于牛顿环应用测量，测量牛顿环变形应力，也可通过应力校正，提高牛顿环在透镜曲率半径测量等方面的测量精度。本课题采用自行设计的可安装在读数显微镜上的CMOS图像采集装置代替人眼作为接收器，以MATLAB

3、为工具深入研究了牛顿环数字图像处理、测量与识别方法。主要包括图像的二值化与平滑处理、图像增强与清晰处理、边缘处理等，并在此基础上，提出了利用霍夫变换有效的补足牛顿环图像边缘的不连续圆的方法，解决了牛顿环图像边缘不连续问题。利用在牛顿环平凸透镜上表面贴透明标尺的一维定标法和摄像机标定法测定了图像单位像素和实际物理距离之间的转换关系，完成了常规不施加应力和施加应力两种情况下的牛顿环曲率半径的测量，通过图像处理实验验证了应用牛顿环测玻璃体应力的理论公式，通过实验比较证明利用图像处理测量可提高牛顿环测量的精度以及应用变形牛顿环测量相应应力的精度。关键词：牛顿环，图像处理，图像采集，边缘算

4、法，应力测量研究类型：应用研究Subject:ResearchonMeasurementMethodofNewtonRingStressBasedonImageProcessingSpecialty:PhysicalElectronicsName:Guozhaoxia(Signature)Instructor:GuoChangli(Signature)ABSTRACTNewtonringsareatypicalinterferencephenomenon,withawideapplicationarea,suchascontrollingthesurfacequalityofop

5、ticalcomponents,measuringthewavelengthoflightandcurvatureradiusoflens,testingthesurfacefinishoftestspecimen,calculatingtherefractiveindexofliquids,andmeasuringthethicknessofoxidelayerofsiliconsliceinsemiconductortechnology,etc.Moreover,thestressonopticalglasscanbecalculatedthroughNewtonringsi

6、nterferencetechnology.Underarelativelystrongstress,deformationwilloccurtotheshapeofNewtonrings,which,asaresult,willleadtomeasuringerrorsinthetraditionalwayofreadingdatabyhumaneyesdirectly.Also,manualreadingmethodisneithersuitableforlongtermandcontinuousobservationnorforstoringimagedata.Thisth

7、esishasadopteddigitalimageprocessinginmeasuringNewtonringsandcalculatingitsdeformationstress.Bystresscorrection,theprecisionofNewtonringstechnologycanbeboostedinsuchasmeasuringcurvatureradius,etc.Inthisstudy,aCMOSimagecapturedevicehasbeeninst