一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及图像采集处理技术，具体涉及一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统及方法，该系统包括显微读数仪、牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头、硬件板卡和VGA显示屏以及第一、第二、第三支架；显微读数仪分别通过第一、第二、第三支架与牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头连接；硬件板卡与牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头，以及VGA显示屏进行电连接。该系统具有直观的图像显示，能快速准确找到牛顿环中心，有效降低实验偶然误差，并转化为系统误差。像素级别的刻度测量得出人工测量中的估读位数据，提高了数据精度；蜂鸣器警报避免了人工操作回程误差的出现，使数据结果更加准确。使数据结果更加准确。使数据结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统及方法


[0001]本专利技术属于图像采集处理
，尤其涉及一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统及方法。

技术介绍

[0002]一般高校的基础性光学教学实验中，测量透镜曲率半径的方法为：在一块平面玻璃上安放一焦距很大的平凸透镜，使其凸面与平面相接触，在接触点附近就形成一层空气膜。当用一平行的准单色光垂直照射时，在空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接触点为圆心的明暗相间的环状干涉图样，称为牛顿环。若已知入射光波长λ，并测得第m、n级暗环的直径，利用公式R＝(D
m2-D
n2
)/4(m-n)λ即可求得透镜的曲率半径R。
[0003]但实际测量时，由于实验数据只能通过移动读数显微镜上的鼓轮来采集，而读数显微镜的视场范围小，观察员需要长时间用眼睛紧贴目镜，注视强度极高的钠光源，极易引起观察者视觉疲劳和一定程度上的眼睛受损。其次，观察员需要频繁调整仪器右侧的鼓轮来测量多组数据，并在目镜视场、标尺、鼓轮之间多次转变观察对象，极易由于工作强度大引起圆环计数错误且实验效率低下。最后，由于观察者对条纹位置的视觉误差，以及对鼓轮估读位的主观估计，导致传统实验下得到的数据不稳定，多人测量很难统一结论。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供一种集相机采集图像技术、图像处理技术、刻度及数字识别技术为一体的系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统，包括显微读数仪、牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头、硬件板卡和VGA显示屏以及第一、第二、第三支架；显微读数仪分别通过第一、第二、第三支架与牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头连接；硬件板卡与牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头，以及VGA显示屏进行电连接。
[0006]在上述的用于牛顿环实验的机器视觉教学系统中，硬件板卡包括图像存储模块，分别与图像存储模块连接的第一、第二、第三驱动模块，分别与图像存储模块连接的第一、第二、第三灰度处理模块，与第一灰度处理模块依次连接的第一中值滤波模块、第一边缘检测模块和第一膨胀腐蚀模块，与第二灰度处理模块依次连接的阈值分割模块、二值化模块和标尺识别模块，与第三灰度处理模块依次连接的第二中值滤波模块、第二边缘检测模块、第二膨胀腐蚀模块和鼓轮识别模块，与第一膨胀腐蚀模块、标尺识别模块和鼓轮识别模块连接的VGA显示驱动模块；第一、第二、第三驱动模块分别连接牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头；VGA显示驱动模块连接VGA显示屏。
[0007]在上述的用于牛顿环实验的机器视觉教学系统中，第一、第二、第三支架均采用直角固定器三角铁支架，其规格根据牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头和鼓轮采集摄像头
的尺寸而定，以保证牛顿环采集摄像头紧贴显微目镜，且拍摄中心正对显微目镜接目透镜的十字准心；标尺采集摄像头对准标尺读数区域；鼓轮采集摄像头对准微测鼓轮的读数区域。
[0008]在上述的用于牛顿环实验的机器视觉教学系统中，牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头均为通用小体积视频输出接口摄像头，且与硬件板卡活动连接。
[0009]一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统的方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、第一、第二、第三驱动模块分别驱动牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头进行图像采集工作；
[0011]步骤2、将步骤1所采集的图像数据传入图像存储模块，图像存储模块控制SDRAM存储器进行图像数据的读写缓存；
[0012]步骤3、对牛顿环采集摄像头传输的图像分别进行灰度处理、中值滤波、边缘检测、膨胀腐蚀处理并输出处理后的图像数据至VGA显示驱动模块使VGA显示屏进行显示；
[0013]步骤4、对标尺采集摄像头传输的图像分别进行灰度处理、阈值分割、二值化处理并进行刻度识别，分辨刻度准线在图像中出现的位置，根据刻度尺读出即时刻度读数，并将图像结果和数据结果输出到VGA显示驱动模块使VGA显示屏进行显示；
[0014]步骤5、对鼓轮摄像头传输的图像分别进行灰度识别、中值滤波、边缘检测、膨胀腐蚀处理并进行鼓轮识别，读出鼓轮数字和刻度，将待估读的刻度线之间进行像素分割，均分计算出估读位，最后将图像结果和数据结果输出到VGA显示驱动模块使VGA显示屏进行显示；
[0015]步骤6、VGA显示驱动模块驱动显示图像画面并分割各个画面；左上显示牛顿环处理后的图像，通过按键切换工作模式，在未处理的牛顿环图像和处理后的牛顿环图像进行显示切换；左下显示标尺识别图像；右上显示鼓轮读数图像；右下显示读数和数据处理结果，并且当鼓轮摄像头检测到鼓轮出现回程操作后在此区域显示警报。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：一、具有直观的图像显示。将牛顿环清晰呈现在显示屏上，扩大了观测时的视场范围，能快速准确找到牛顿环中心。二、有效降低实验偶然误差，转化为系统误差。将牛顿环放大后清晰呈现出来，将传统牛顿环实验中由图像观察和调节不便造成的偶然误差降到最低；像素级别的刻度测量得出人工测量中的估读位数据，提高了数据精度；蜂鸣器警报避免了人工操作回程误差的出现，使数据结果更加准确。
[0017]除此之外，多重图像处理、自动读取数据并处理、错误操作警报和应用场景广泛等，都是本设计相较于人工测量牛顿环实验装置的优势所在。
附图说明
[0018]图1为本专利技术一个实施例用于牛顿环实验的机器视觉教学系统机械结构示意图；
[0019]其中，1-显微读数仪、2-第一支架、3-第二支架、4-第三支架、5-牛顿环采集摄像头、6-标尺采集摄像头、7-鼓轮采集摄像头、8-硬件板卡，9-显示屏；
[0020]图2为本专利技术一个实施例用于牛顿环实验的机器视觉教学系统电气模块示意图；
[0021]其中，10-第一驱动模块、11-第二驱动模块、12-第三驱动模块，13-图像存储模块、14-第一灰度处理模块、15-第一中值滤波模块、16-第一边缘检测模块、17-第一膨胀腐蚀模
块、18-第二灰度处理模块、19-阈值分割模块、20-二值化模块、21-标尺识别模块、22-第三灰度处理模块、23-第二中值滤波模块、24-第二边缘检测模块、25-第二膨胀腐蚀模块、26-鼓轮识别模块、27-VGA显示驱动模块。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统，其特征是，包括显微读数仪、牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头、硬件板卡和VGA显示屏以及第一、第二、第三支架；显微读数仪分别通过第一、第二、第三支架与牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头连接；硬件板卡与牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头，以及VGA显示屏进行电连接。2.如权利要求1所述的用于牛顿环实验的机器视觉教学系统，其特征是，硬件板卡包括图像存储模块，分别与图像存储模块连接的第一、第二、第三驱动模块，分别与图像存储模块连接的第一、第二、第三灰度处理模块，与第一灰度处理模块依次连接的第一中值滤波模块、第一边缘检测模块和第一膨胀腐蚀模块，与第二灰度处理模块依次连接的阈值分割模块、二值化模块和标尺识别模块，与第三灰度处理模块依次连接的第二中值滤波模块、第二边缘检测模块、第二膨胀腐蚀模块和鼓轮识别模块，与第一膨胀腐蚀模块、标尺识别模块和鼓轮识别模块连接的VGA显示驱动模块；第一、第二、第三驱动模块分别连接牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头、鼓轮采集摄像头；VGA显示驱动模块连接VGA显示屏。3.如权利要求1所述的用于牛顿环实验的机器视觉教学系统，其特征是，第一、第二、第三支架均采用直角固定器三角铁支架，其规格根据牛顿环采集摄像头、标尺采集摄像头和鼓轮采集摄像头的尺寸而定，以保证牛顿环采集摄像头紧贴显微目镜，且拍摄中心正对显微目镜接目透镜的十字准心；标尺采集摄像头对准标尺读数区域；鼓轮采集摄像头对准微测鼓轮的读数区域。4.如权利要求1所述的用于牛顿环实验...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，牛丽婷，陈子川，江先阳，王晓峰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：