[发明专利]一种用于牛顿环实验的机器视觉教学系统及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于图像采集处理技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明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。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：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。

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。

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。

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。

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：