一种冰芯光学特性重构仪及方法技术

本发明专利技术涉及一种冰芯光学特性重构仪及方法，重构仪包括电源、主控机、电机驱动器、步进电机、工业相机、图像处理器、光学分析器、恒温箱和发光台，其中，所述电源为所述主控机、电机驱动器、恒温箱和发光台供电；所述主控机控制工业相机对冰芯拍摄照片和向电机驱动器发送运动指令；电机驱动器根据接收到的运动指令对步进电机的前进、后退和停止进行控制，从而实现对工业相机拍摄位置的控制；所述工业相机、图像处理器和光学分析器依次连接，对工业相机拍摄到的冰芯照片进行图像拼接及光学分析。本发明专利技术能够稳定可靠地完成对冰芯的照片采集、图像拼接和光学分析，完成全部工作只需2分钟，重构的冰芯全景图尺寸大、分辨率高。

【技术实现步骤摘要】
一种冰芯光学特性重构仪及方法
本专利技术涉及光学领域，特别是涉及一种冰芯光学特性重构仪及方法。
技术介绍
目前，国外已经研制出多套冰芯光学测定仪。日本在2003年就已经研制出了一套冰芯光学测定仪，该冰芯光学测定仪被应用于DomeFujiicecoreprojectII。该光学测定仪的扫描速度在5mm/s左右，测量的冰芯样品长度1.5米，整条冰芯扫描下来用时6分钟左右。美国国家冰芯实验室在2007年也研制出了一套冰芯光学测定仪。该冰芯光学测定仪的扫描分辨率为0.05mm到1mm。具有自动光学图像采集和数据处理的功能。然而，这些设备不能够抵抗极地的恶劣环境，只能在实验室使用。无法让科研人员在第一时间保存冰芯的原始信息。国内光学影相技术研究在极地科研领域起步较晚。国内的光学影像仪应用于冰芯检测领域几乎没有成熟产品，而且目前的冰芯光学测定仪不能够抵抗极地的恶劣环境，只能在实验室使用，无法让科研人员在第一时间保存冰芯的原始信息。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供了一种冰芯光学特性重构仪，包括电源、主控机、电机驱动器、步进电机、工业相机、图像处理器、光学分析器、恒温箱和发光台，其中，所述电源为所述主控机、电机驱动器、恒温箱和发光台供电；所述主控机控制工业相机对冰芯拍摄照片和向电机驱动器发送运动指令；所述发光台对工业相机拍摄冰芯照片时对冰芯照射；所述电机驱动器根据接收到的运动指令对步进电机的前进、后退和停止进行控制，从而实现对工业相机拍摄位置的控制；所述工业相机、图像处理器和光学分析器依次连接，对工业相机拍摄到的冰芯照片进行图像拼接及光学分析。优选地，还包括工作台，所述工作台上设置电机滑轨，为所述步进电机提供运动线路，所述发光台、工业相机和恒温箱也设置在所述工作台上。优选地，所述发光台包括LED组。优选地，所述恒温箱为智能变频恒温箱，所述工业相机和电机驱动器均装在所述恒温箱中。优选地，所述步进电机为开环工作方式，运动距离为6cm、12cm和16cm，运动速度为0.06m/s。基于上述目的，本专利技术还提供了一种冰芯光学特性重构方法，包括以下步骤：主控机向电机驱动器发送运动指令，使步进电机运动，从而使装载在步进电机上的工业相机运动，到设定位置对冰芯拍照；在冰芯不同位置拍摄6-8张照片，步进电机运动距离12.5cm完成后，步进电机与工业相机返回初始位置；对拍摄的6-8张冰芯照片进行图像拼接，得到冰芯全景图；对冰芯全景图进行光学分析。优选地，所述步进电机运动速度为0.06m/s。优选地，所述工业相机对冰芯拍照时，有发光台对冰芯进行照射。优选地，所述图像拼接包括以下步骤：图像预处理，将冰芯照片进行非线性拉伸，重新分配像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，增强局部对比度；图像匹配区域定位，选择前后照片的40％区域作为图像匹配区域，在相似区域内进行特征点的提取和配准；图像特征提取，若某像素与其周围邻域内足够多的像素点相差较大，确定该像素为角点；图像特征匹配，以两个特征点描述符之间的欧氏距离作为特征点匹配的相似度准则，对特征点的欧氏距离最近和次近的两个特征点计算欧氏距离的比值，若小于规定阈值则匹配成功；图像融合，采用加权平均融合进行图像平滑过渡后无缝拼接。优选地，所述光学分析，把同一位置的所有像素点的灰度值累加起来计算其平均值，不同的位置代表不同的年代，以此绘制年代-灰度曲线，分析出冰芯的透光度、冰晶体性质。本专利技术有益效果至少包括：实现了光学扫描、重建冰芯全景和光学分析的功能。本专利技术全程自动控制，有效减轻了科研人员的负担；重建后的冰芯全景图分辨率高达7200×1080像素，有效保存了冰芯的细节信息；绘制的距离-灰度值曲线图可以帮助科研人员快速定位冰芯的特征区域。工作稳定可靠，满足科研工作的要求，为冰芯科研工作提供一种便捷高效的现场分析工具。附图说明图1为本专利技术实施例1的冰芯光学特性重构仪的原理框图；图2为本专利技术方法实施例1的冰芯光学特性重构方法的步骤流程图；图3为本专利技术方法实施例2的冰芯光学特性重构方法的步骤流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1，提供一种冰芯光学特性重构仪的原理框图，电源10、主控机20、电机驱动器30、步进电机40、工业相机50、图像处理器60、光学分析器70、恒温箱90和发光台80，其中，所述电源10为所述主控机20、电机驱动器30、恒温箱90和发光台80供电；所述主控机20控制工业相机50对冰芯拍摄照片和向电机驱动器30发送运动指令；所述发光台80对工业相机50拍摄冰芯照片时对冰芯照射；所述电机驱动器30根据接收到的运动指令对步进电机40的前进、后退和停止进行控制，从而实现对工业相机50拍摄位置的控制；所述工业相机50、图像处理器60和光学分析器70依次连接，对工业相机50拍摄到的冰芯照片进行图像拼接及光学分析。具体实施例中，还包括工作台，所述工作台上设置电机滑轨，为所述步进电机40提供运动线路，所述发光台80、工业相机50和恒温箱90也设置在所述工作台上。发光台80包括LED组；恒温箱90为智能变频恒温箱90，所述工业相机50和电机驱动器30均装在所述恒温箱90中；步进电机40为开环工作方式，运动距离为6cm、12cm和16cm，为了满足前后两张冰芯照片图像匹配的重叠率，最佳运动距离为12.5cm，为了避免步进电机40急停时工业相机50抖动剧烈，使照片模糊，甚至损坏工业相机50的情况，同时考虑拍摄时间不能过长，设定运动速度为0.06m/s。当上述冰芯光学特性重构仪工作时，将冰芯放置在发光台80上，按下发光台80开关，则发光台80内部的LED组发光，将冰芯照亮至几乎透明主控机20向电机驱动器30发出前进指令，电机驱动器30控制步进电机40正转，带动装载在其上的工业相机50前进，每前进1.5-2cm对冰芯进行拍照，如此获得6-8幅冰芯照片后，完成对冰芯的拍摄。完成摄像后将拍摄照片传输给图像处理器60，图像处理器60对多幅冰芯照片进行全景拼接得到完整的冰芯照片，最后光学分析器70对其进行光学分析得到冰芯透光度、冰晶体性质和冰芯距离-灰度值曲线图等相应光学特性数据，以供科研人员进行更深入的研究和分析。参见图2为本专利技术方法实施例1的步骤流程图，包括以下步骤：S10，主控机向电机驱动器发送运动指令，使步进电机运动，从而使装载在步进电机上的工业相机运动，到设定位置对冰芯拍照；S20，在冰芯不同位置拍摄6-8张照片，步进电机运动距离12.5cm完成后，步进电机与工业相机返回初始位置；S30，对拍摄的6-8张冰芯照片进行图像拼接，得到冰芯全景图；S40，对冰芯全景图进行光学分析。参见图3位本专利技术方法实施例2的步骤流程图，包括以下步骤：S10，主控机向电机驱动器发送运动指令，使步进电机运动，从而使装载在步进电机上的工业相机运动，到设定位置对冰芯拍照；S20，在冰芯不同位置拍摄6-8张照片，步进电机运动距离12.5cm完成后，步进电机与工业相机返回初始位置；S301，图像预处理，将冰芯照片进行非线性拉伸，重新分配像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冰芯光学特性重构仪，其特征在于，包括电源、主控机、电机驱动器、步进电机、工业相机、图像处理器、光学分析器、恒温箱和发光台，其中，所述电源为所述主控机、电机驱动器、恒温箱和发光台供电；所述主控机控制工业相机对冰芯拍摄照片和向电机驱动器发送运动指令；所述发光台对工业相机拍摄冰芯照片时对冰芯照射；所述电机驱动器根据接收到的运动指令对步进电机的前进、后退和停止进行控制，从而实现对工业相机拍摄位置的控制；所述工业相机、图像处理器和光学分析器依次连接，对工业相机拍摄到的冰芯照片进行图像拼接及光学分析。

【技术特征摘要】
1.一种冰芯光学特性重构仪，其特征在于，包括电源、主控机、电机驱动器、步进电机、工业相机、图像处理器、光学分析器、恒温箱和发光台，其中，所述电源为所述主控机、电机驱动器、恒温箱和发光台供电；所述主控机控制工业相机对冰芯拍摄照片和向电机驱动器发送运动指令；所述发光台对工业相机拍摄冰芯照片时对冰芯照射；所述电机驱动器根据接收到的运动指令对步进电机的前进、后退和停止进行控制，从而实现对工业相机拍摄位置的控制；所述工业相机、图像处理器和光学分析器依次连接，对工业相机拍摄到的冰芯照片进行图像拼接及光学分析。2.根据权利要求1所述的冰芯光学特性重构仪，其特征在于，还包括工作台，所述工作台上设置电机滑轨，为所述步进电机提供运动线路，所述发光台、工业相机和恒温箱也设置在所述工作台上。3.根据权利要求2所述的冰芯光学特性重构仪，其特征在于，所述发光台包括LED组。4.根据权利要求1所述的冰芯光学特性重构仪，其特征在于，所述恒温箱为智能变频恒温箱，所述工业相机和电机驱动器均装在所述恒温箱中。5.根据权利要求1所述的冰芯光学特性重构仪，其特征在于，所述步进电机为开环工作方式，运动距离为6cm、12cm和16cm，运动速度为0.06m/s。6.根据权利要求1-5之一所述的冰芯光学特性重构仪的重构方法，其特征在于，包括以下步骤：主控机向电机驱动器发送运动指令，使步进电机运动，从而使装载在步进电机上的工业相...

【专利技术属性】
技术研发人员：安春雷，马红梅，李院生，姜苏，史贵涛，史剑光，于海滨，刘敬彪，
申请(专利权)人：中国极地研究中心，杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：上海,31