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数字图像处理在塞曼效应分析中的应用研究

作　者: 孙庆龙
导　师: 李晋惠；李武军
学　校: 西安工业大学
专　业: 计算机技术
关键词: 图像处理 塞曼效应 Hough变换 加权平滑 Yatagai极值检测 干涉条纹
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


塞曼效应是原子的能级在外磁场中出现分裂的现象,是磁场对光有影响的一个实例。塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化,为研究原子结构提供了重要途径。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。数字图像处理技术应用到塞曼效应研究中是近年来塞曼效应研究发展的最显著特点。本文系统研究了数字图像处理中的相关理论,包括图像增强、二值化方法以及二值图像的细化。同时讨论了利用Hough变换方法对图像几何特征的提取问题.本文研究了塞曼效应中的分裂谱线数字图像处理的整个过程。采用WPS型塞曼效应仪,利用旋转偏振片的方法并结合CCD图像采集系统得到塞曼分裂的π成分的干涉光谱线图像。由于干涉时光强空间分布的特征,使得该图像中的干涉条纹都具有一定的宽度。通过图像数字化预处理,采用灰度变换、固定九点加权平滑、Yatagai条纹极值检测、图像细化等技术手段,将分裂谱线图像中具有一定宽度的干涉圆环条纹细化为单像素宽度的二值图像。本文利用Hough变换提取干涉圆环条纹特征信息时,采用三维空间处理算法,同时应用塞曼效应分裂谱线的先验知识,对条纹半径取值范围作了限定,使得计算量大幅度减少。通过实验,提取出条纹特征信息,并重建图像使其与原来的细化图像进行比较,取得了良好的效果。用该方法计算得到的波数差为56.21m-1,荷质比为1.7645×1011c·kg-1。与理论值相比,荷质比的百分误差为0.26%,优于现有文献广泛使用的曲线拟合法。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
1 绪论  7-10
  1.1 课题的工程背景  7-9
    1.1.1 塞曼效应概述  7
    1.1.2 塞曼效应研究状况  7-8
    1.1.3 数字图像处理概述  8-9
  1.2 课题的研究工作  9-10
    1.2.1 课题的研究内容  9
    1.2.2 课题的创新点  9-10
2 图像增强  10-24
  2.1 灰度变换  10-12
    2.1.1 线性对比度展宽处理  10-11
    2.1.2 非线性灰度变换  11-12
  2.2 直方图修正  12-13
    2.2.1 直方图均衡化  12-13
    2.2.2 直方图规定化  13
  2.3 图像间的运算  13-14
    2.3.1 图像减法  13-14
    2.3.2 图像加法  14
  2.4 空域滤波增强  14-18
    2.4.1 线性空域滤波  15
    2.4.2 非线性空域滤波  15
    2.4.3 平滑和噪声消除  15-17
    2.4.4 空间锐化滤波器  17-18
  2.5 频率域滤波增强  18-22
    2.5.1 低通滤波图像增强  19-20
    2.5.2 高通滤波图像增强  20
    2.5.3 带通和带阻滤波增强  20-21
    2.5.4 同态滤波图像增强  21-22
  2.6 伪彩色处理  22-24
    2.6.1 密度分层法  22
    2.6.2 灰度级-彩色变换法  22-23
    2.6.3 频域滤波法  23-24
3 图像二值化  24-37
  3.1 基于阈值的二值化方法  24-30
    3.1.1 极小值法  24-25
    3.1.2 p-参数法  25-26
    3.1.3 最大类间/类内方差比法  26
    3.1.4 最大熵法  26-27
    3.1.5 最佳阈值法  27-28
    3.1.6 迭代法  28-29
    3.1.7 大津法(Otsu法)  29
    3.1.8 动态阈值法  29-30
  3.2 基于边缘微分算子的二值化方法  30-35
    3.2.1 梯度算子  31-32
    3.2.2 二阶微分算子  32-34
    3.2.3 Canny算子  34-35
  3.3 基于区域的二值化方法  35-37
    3.3.1 区域生长法  35
    3.3.2 区域合并法  35-36
    3.3.3 区域分裂法  36
    3.3.4 区域分裂合并法  36-37
4 二值图像的处理  37-47
  4.1 二值图像的形态学处理  37-40
    4.1.1 腐蚀与膨胀  37-39
    4.1.2 开运算与闭运算  39-40
  4.2 二值图像的细线化  40-42
    4.2.1 细线化概念  40-41
    4.2.2 常用细化算法  41-42
  4.3 Hough变换  42-47
    4.3.1 Hough变换检测直线  42-44
    4.3.2 Hough变换检测曲线  44-47
5 数字图像处理技术在塞曼效应分析中的应用  47-63
  5.1 塞曼效应  47-52
    5.1.1 测量装置  47-48
    5.1.2 塞曼效应中谱线的分裂  48-50
    5.1.3 测量塞曼分裂谱线波数差及荷质比e/m的方法  50-52
  5.2 图像预处理  52-58
    5.2.1 灰度变换  52-54
    5.2.2 平滑滤波  54-56
    5.2.3 图像二值化  56-57
    5.2.4 二值图像的细化  57-58
  5.3 塞曼分裂谱线几何特征的提取  58-62
    5.3.1 Hough变换方法  58-61
    5.3.2 提取干涉条纹直径几种方法的比较  61-62
  5.4 本章小结  62-63
6 结论  63-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69-70
致谢  70-73
附录  73-81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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