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近代光学信息处理和光通讯系列实验讲义条纹投影三维测量
光学传感三维面形
测量实验
GCS-SWCL
实验讲义
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光学传感三维面形测量
1.引言
非接触三维自动测量是随着计算机技术的发展而开展起来的新技术研究，它包括三维形体测量﹑应力形变分析和折射率梯度测量等方面。应用到的技术有莫尔条纹、散斑干涉、全息干涉和光阑投影等光学技术和计算机条纹图像处理技术。条纹投影以及各种光阑投影自动测量技术在工业生产控制与检测、医学诊断和机器人视觉等领域正占有越来越重要的地位。本试验是利用投影式相移技术，对形成的被测物面条纹进行计算机相移法自动处理的综合性实验。
2.实验目的
通过本实验了解投影光栅相位法的形成机理；了解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。对于非接触测量有一定的感性认识。
3.基本原理
投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位---高度的转换。根据相位检测方法的不同，主要有Moire轮廓术、Fourier变换轮廓术，相位测量轮廓术，本实验就是采用了相位测量轮廓术。
相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。基本原理是利用条纹投影相移技术将投影到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位，由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高度信息的相位。
基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。
相位测量轮廓术的基本原理
将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的影响而引起的条纹变形。这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。采集变形条纹并对其进行解调，从中恢复出与被测物表面高度变化有关的相位信息，然后由相位与高度的关系确定出高度，这就是相位测量轮廓术的基本原
理。
投影系统将一正弦分布的光场投影到被测物体表面,由于受到物面高度分布的调制, 条纹发生形变。由CCD 摄像机获取的变形条纹可表示为:
(,)(,)(,)cos[(,)]n n I x y A x y B x y x y δ=+Φ+ (n=0, 1, … , N-1)
(2-1)
其中n 表示第n 帧条纹图。(,)n I x y 、A(x,y)和B(x , y ) 分别为摄像机接收到的光强值、物面背景光强和条纹对比度。δn 附加的相移值, 如采用多步相移法采集变形条纹图,则每次相移量δn 。所求被测物面上的相位分布可表示为:
1010(,)sin(2/)(,)arctan (,)cos(2/)N n n N n n I x y N x y I x y N ππ-=-=??????Φ=??????
∑∑ (2-2)
用相位展开算法可得物面上的连续相位分布(,)x y Φ。已知(,)r x y Φ为参考平面上的连续相位分布，由于物体引起的相位变化为
(,)(,)(,)h r x y x y x y Φ=Φ-Φ (2-3) 根据所选的系统模型和系统结构参数可推导出高度h 和相位差(,)h x y Φ的关系，最终得到物体的高度值。下面具体分析高度和相位差之间的关系：
实际照明系统中，采用远心光路和发散照明两种情况下，都可以通过对相位图1系统中高度和相位的关系
的测量而计算出被测物体的高度。只是前者的相位差与高度之间存在简单的线性关系，而在后一种情况下相位差与高度差之间的映射关系是非线性的。本实验的照明系统为远心光路。如图1所示，在参考平面上的投影正弦条纹是等周期分布的，其周期为p 0，这时在参考平面上的相位分布 (x,y)是坐标x 的线性函数，
记为：
φ(x,y)=Kx=2πx /p 0 (2-4)
以参考平面上O 点为原点，CCD 探测器上D c 点对应参考平面上C 点， 其相位为φc (x,y)= (2π/ p 0 )OC , D c 点与被测三维表面D 点在CCD 上的位置相同，同时其相位等于参考平面上A 点的相位。有φD =φA =(2π/ p 0 )OA , 显然
AC=( p 0 /2π ) φCD (2-5) 则D 点相对于参考平面的高度h 为'AC h tg tg θθ=
+,当观察方向垂直于参考平面时，上式可表示为：
'AC h tg θ==( p 0 /tg θ)( φCD /2 π) (2-6)
根据式(2-6)就可以求出物体上各点的高度值。
相位的求取过程
如前所述，求得物体加入测量场前后的展开相位差就可以获得物体的高度，因此相位的求取过程是整个测量过程中重要的一环。而条纹图中的相位信息可以通过解调的方法恢复出来，常用的方法主要有傅立叶变换法和多步相移法。用傅立叶变换或多步相移求相位时，由于反正切函数的截断作用，使得求出的相位分布在-π和π之间，不能真实的反映出物体表面的空间相位分布，因此相位的求取过程可分为两大步:求取截断相位和截断相位展开。
求取截断相位
从条纹图中恢复出的相位信息由于它们恢复出的相位要经过反正切运算，使得求出的相位只能分布在-π和π的四象限内，这种相位称为截断相位?。与之相对
应的真实相位称为展开相位φ。
傅立叶变换法仅仅通过对一幅条纹图处理就可以恢复出截断相位,获取图像时间短,更适合求测量速度快的场合。而相移算法是相位测量中的一种重要方法，它不仅原理直观，计算简便，而且相位求解精度与算法直接相关，可以根据实际需要选择合适的算法。其中，最常用的是使可控相位值n δ等间距地变化，利用
某一点在多次采样中探测到的强度值来拟合出该点的初相位值，N 帧满周期等间距法是最常用的相移算法。下面以标准的四步相移算法为例来说明。四步相移算法中，式(2-1)中n=4,相位移动的增量n δ依次为:0, π/2, π, 3π/2, 相应的四帧条纹图
[][][][]123
4(,)(,)(,)cos (,)(,)(,)(,)sin (,)(,)(,)(,)cos (,)(,)(,)(,)sin (,)I x y A x y B x y x y I x y A x y B x y x y I x y A x y B x y x y I x y A x y B x y x y φφφφ?=+?=-??=-??=+?
(2-7) 联立上式中的四个方程，可以计算出相位函数
4213(,)(,)(,)arctan (,)(,)I x y I x y x y I x y I x y φ??-=??-??
(2-8)
对于更常用的N 帧满周期等间距相移算法，采样次数为N, n δ= n~N ，则
1010(,)sin(2/)(,)arctan (,)cos(2/)N n n N n n I x y N x y I x y N πφπ-=-=??????=??????∑∑ (2-9)
本论文采用N 帧满周期等间距相移算法，理论分析证明，N 帧满周期等间距算法对系统随机噪声具有最佳抑制效果，且对N －1次以下的谐波不敏感。 截断相位展开
相位测量轮廓术通过反正切函数计算得到相位值（见式2-9），该相位函数被截断在反三角函数的主值范围(-π,π) 内，呈锯齿形的不连续状。因此，在按三角对应关系由相位值求出被测物体的高度分布之前，必须将此截断的相位恢复为原有的连续相位，这一过程就是相位展开(Phase unwrapping) , 简称PU 算法。
相位展开的过程可从图2和图3 中直观地看到。图2是分布在-π和π之间的截断相位。相位展开就是将这一截断相位恢复为如图3所示的连续相位。相位展开是利用物面高度分布特性来进行的。它基于这样一个事实：对于一个连续物面，只要两个相邻被测点的距离足够小，两点之间的相位差将小于π，也就是说必须满足抽样定理的要求，每个条纹至少有两个抽样点，即抽样频率大于最高空间频率的两倍。由数学的角度而言，相位展开是十分简单的一步，其方法如下：沿截断的相位数据矩阵的行或列方向，比较相邻两个点的相位值(如图2，如果差值小于-π，则后一点的相位值应加上2π；如果差值大于π，则后一点的相位值应减去2π)
图2 截断相位图3 连续相位
下面以一维相位函数φw(j)为例说明上述相相位展开过程。φw(j)为一维截断相位函数，其中，0≤ j≤N-1 ，这里，j 是采样点序号，N 是采样点总数。展开后的相位函数用φu(j)来表示，则相位展开过程可表示如下：
φu(j)= φw(j)+2πn j
n j =INT(φw(j)- φw(j-1)/ 2π+0.5)+ n j-1 (2-10)
n0 =0
上式中，INT是取整运算符。
实际中的相位数据都是与采样点相对应的一个二维矩阵，所以实际上的相位展开应在二维阵列中进行。首先沿二维矩阵的中的某一列进行相位展开，然后以展开后的该列相位为基准，沿每一行进行相位展开，得到连续分布的二维相位函数。相应的，也可以先对某行进行相位展开，然后以展开后的该行相位为基准，
沿每一列进行相位展开。只要满足抽样定理的条件，相位展开可以沿任意路径进行。
对于一个复杂的物体表面，由于物体表面起伏较大，得到的条纹图十分复杂。例如，条纹图形中存在局部阴影，条纹图形断裂，在条纹局部区域不满足抽样定理，即相临抽样点之间的相位变化大于π。对于这种非完备条纹图形，相位展开是一个非常困难的问题，这一问题也同样出现在干涉型计量领域。最近已研究了多种复杂相位场展开的方法，包括网格自动算法、基于调制度分析的方法、二元模板法、条纹跟踪法、最小间距树方法等，使上述问题能够在一定程度上得到解决或部分解决。
高度计算
在上面分析了测量高度和系统结构参数的关系，如公式(2-6)。其中有三个与系统结构有关的参数，即投射系统出瞳中心和CCD成像系统入瞳中心之间的距离L，共轭相位面上的光栅条纹周期
p，以及投射光轴和成像光轴之间的夹角θ。
这几个参数是在系统满足一定约束条件下测得参数值，这些约束条件包括：
1) CCD成像系统的光轴必须和参考面垂直，即保证一定的垂直度;
2) 投射系统的出瞳和成像系统的入瞳之间的连线要与参考面平行;
3) 投射系统的光轴和CCD光轴在同一平面内,并交于参考面内一点。
为了方便系统测量，本实验采用简便的标定法，避免参数标定的繁琐过程，提高系统的适应性。标定测量原理如图4所示, 首先建立如图4所示的物空间坐标系O-XYZ和相位图像坐标系O p IJ:以参考面所在的平面为XOY平面(也就是零基准面)，垂直于XOY面并交XOY于点O的轴为Z轴，此时建立的坐标系称为物空间坐标系;选择相位图的横轴为J、竖轴为I建立相位图像坐标系。在参考面初始位置z1=0时，可以通过多步相移法获得参考面上的截断相位分布，该截断相位的展开相位分布为φ(i,j,1), i,j是相位图坐标系中的坐标值;将参考面沿z轴正方向平移一定距离△Z到达z2 = △Z后，同样通过多步相移法获得参考面条纹分布，并由此求得展开相位φ(i,j, 2);同理，依次等间距移动参考面到多个位置z k =(k-1) △z并得到对应位置参考面上的展开相位φ(i,j,k),其中k=3,4,,.K。由于在
z k , k=1,2,...,K 的参考面作为后续测量的相位参考基准，因此把它们统称为基准参考面。
由相位-高度映射算法, 物面高度(相对于参考平面) 可表示为：
1(,)(,)(,)(,)h b x y a x y h x y x y φ=+ (2-11)
一般情况下, 1(,)h x y 和1(,)
h x y φ 成线性关系。但在实际测量中由于成像系统的像差和畸变(特别是在图像的边缘部分),
1(,)h x y 和1(,)h x y φ 之间的关系用高次曲线表示更为恰当。本文采用二次曲线, (2-10) 式可改写为:
2111(,)(,)(,)(,)(,)(,)h h a x y b x y c x y h x y x y x y φφ=++ (2-12) 为了求出a (x , y )、b (x , y )、c (x , y ) , 图4中基准参考平面(其法线方向与摄像机光轴平行)的个数必须大于等于4, 相邻平面间的距离为一已知常数。
首先令(,)h x y φ 为零基准面上的连续相位分布, 由平面2、平面3、平面4 三个平面得到的三个线性方程可解出a (x , y )、b (x , y )、c (x , y ) 三个未知常数(注: 这里每个常数实际上是二维常数矩阵); 保存三个常数到计算机中，由测量时得到相位图的绝对相位，对相位图中的每一点进行相应运算，就可以确定每一点的高度值，即实现面形的测量。
图4不同位置参考面高度与相位的对应关系
4.仪器用具
详见装箱单
5.实验内容
5.1 光路调整
（1）用半导体激光做高度基准，调整各光学透镜中心高度一致。各个元件都固定在导轨上。首先校准激光束水平度。可用可变光阑，在邻近激光器的位置，使激光束通过光阑的中心，再把靶面移至台上尽量远位置，调整激光器俯仰角度使光斑的中心与激光束中心重合。在此光束中逐个放入透镜的支架，调整支架高度，使有无透镜时激光束中心不发生上下偏移；
（2）将白光点光源放入光路中，将透镜1放入光路中，调节白光点光源的高度，使从透镜出射的光通过测量物的中心；
（3）调节标准平面的俯仰，使从标准平面反射的光通过透镜的中心；
（4）调整各个透镜的位置，将白光点光源放置在透镜1的焦面上，从透镜1出射近似平行光；透镜1和透镜2组成扩束系统
（5）将光栅放入光路中，如下图所示，调节CCD与被测面的距离，使光栅像充满整个CCD像面。
5.2 实验测量过程
（1）将2线对/mm的正弦光栅放入调整好的光路中，调节CCD与被测面的距离，使光栅像充满整个CCD像面；
（2）将标定光源调整至光点在测量物的中心。
（3）打开软件图像采集功能，将有标定光源的图像信息记录下来
（4）沿平行于实验台方向移动光栅，每次移动1/4栅距（0.125mm），记录每次移动前后的5幅图像；
5.3 软件处理
用软件处理6幅图像，再现被测面的面形特征。
5.4 结果分析
将测量结果报告输出，根据误差程度分析误差原因，调整实验精度，优化实验方案
光路示意图：
南京工程学院车辆工程系 关于综合性、设计性实验的说明 1、关于实验类型的说明： a. 演示性实验指为便于学生对客观事物的认识，以直观演示的形式，使学生了解其事物的形态结构和相互关系、变化过程及其规律的教学过程。 b. 验证性实验：以加深学生对所学知识的理解，掌握实验方法与技能为目的，验证课堂所讲某一原理、理论或结论，以学生为具体实验操作主体，通过现象衍变观察、数据记录、计算、分析直至得出被验证的原理、理论或结论的实验过程。 c. 综合性实验：是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。 d. 设计性实验：是指给定实验目的、要求和实验条件，由教师给定实验目标，学生自行设计实验方案并加以实现的实验。 2、综合性、设计性实验的界定 综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程 知识的实验。是学生在具有一定知识和技能的基础上，运用某一门课程或多门课程的知识、技能和方法进行综合训练的一种复合型实验。根据定义，综合性实验内容应满足下列条件之一：①涉及本课程多个章节的知识点；②涉及多门课程的多个知识点；③多项实验内容的综合。 设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。设计性实验一般是指导教师给出题目，由学生运用已掌握的基本知识、基本原理和实验技能，提出实验的具体方案、拟定实验
步骤、选定仪器设备、独立完成操作、编程、记录实验数据、绘制图表、分析实验结果等。 3、对综合性、综合性实验进行论证 论证专家组组长由院长或主管实验教学的副院长担任，成员不少于3人。应聘请该领域或与该领域相关的具有副高级以上职称的专家担任论证组成员。应有综合性、设计性实验教学大纲、综合性、设计性实验指导书；专家组根据实验目的、实施设想、所利用的知识以及实验条件要求等，进行实验属性判定和可行性论证。 对论证符合综合性或设计性实验要求的实验项目的教学过程要进行监 督和检查，对学生的实验报告、实验记录和结果等要进行抽查，确保实验内容符合综合性、设计性实验教学要求。对不符合综合性、设计性实验要求的实验项目，直接转为验证性实验。 4、综合性、设计性实验内容的确定及大纲编写 在确定综合性、设计性实验的实验内容时应充分考虑课程教学大纲的要求和课程特点。指导教师可选择一些灵活性比较大，完成思路比较多，学生有发挥余地的内容作为综合性、设计性实验的实验内容，且难度不宜太大，操作不宜太复杂。 在制订综合性、设计性实验大纲时除了一般实验大纲规定的内容外，应说明该实验为综合性或设计性实验的特性及要求。 综合性、设计性实验的实验学时一般在3-6学时，计划学时内不能完成的可在实验室的开放时间内完成。 5、综合性、设计性实验指导书编写
华南农业大学综合性、设计性实验报告 实验项目名称：数字电路与逻辑设计综合实验 实验项目性质：综合性、设计性实验 所属课程名称：数字电路与逻辑设计 开设时间： 2011学年第二学期 指导教师：万艳春 一、问题描述
实验题目要求它的投币口每次只能投入一枚五角或一元的硬币，投入一元五角硬币自动给出一杯饮料；投入两元（两枚一元的硬币）硬币后，再给出饮料的同时找回一枚五角硬币。故用x=0代表五角硬币，x=1代表一元硬币，y2,y1为1时分别表示给出一杯饮料和找回一枚五角硬币，至于投入的硬币数则用脉冲cp控制，投完硬币后用p=1表示确认。 二、逻辑设计 1.按照所需功能，画出状态图: 2.根据状态图画出真值表
3.画卡诺图 4.根据JK 特性方程Q n+1 =J Qn +k Qn 可得 122Q x k J == 211Q x K J == 三、 逻辑电路 1n 2n 1 n 2 n 1 1n Q Q x Q )x (Q Q ++=+ 112XQ Q Q Y2?= 2 Q X Y1= 2n 1n 2 n 1 n 2 1 +n Q Q x +Q x) +(Q =Q
四、效果与测试情况 清零后，x=0→CP→CP→CP→p=1,得到y2=1,y1=0; 清零后，x=0→CP→CP→x=1→CP→p=1,得到y2=1,y1=1; 清零后，x=0→CP→x=1→CP→p=1,得到y2=1,y1=0; 清零后，x=1→CP→x=0→CP→p=1,得到y2=1,y1=0; 清零后，x=1→CP→x=1→CP→p=1,得到y2=1,y1=1; 五、分析与讨论 本实验基本实现了所需功能，原理较简单，所用芯片也并不多； 不足的地方是每一次投币后都需确认，使过程稍显麻烦，若在 设计中能利用脉冲与输出相与，或许可以解决；而且当投币少 于1.5元时不会退回，功能较简单。 六、参考资料 [1]欧阳星明,于俊清. 数字逻辑（第四版）,武汉:华中科技大学出版
美国NANOVEA公司的三维非接触式表面形貌仪 一、 产品简介 美国NANOVEA公司是一家全球公认的在微纳米尺度上的光学表面轮廓测量技术的领导者，生产的三维非接触式表面形貌仪是目前国际上用在科学研究和工业领域最先进表面轮廓测量设备，采用目前国际最前端的白光轴向色差原理（性能优于白光干涉轮廓仪与激光干涉轮廓仪）对样品表面进行快速、重复性高、高分辨率的三维表面形貌、关键尺寸测量、磨损面积、磨损体积、粗糙度等参数的测量。 二、产品分类 该公司的三维非接触式表面形貌仪主要有4款：JR25、PS50、ST400与HS1000（区别见技术参数）： JR25便携式三维表面轮廓仪： 野外操作或不可拆卸部件的理想选择 ·便携式表面形貌仪 ·结构紧凑，性价比高 ·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪 ·应用范围广 ·测量范围：25mm×25mm PS50表面轮廓仪： 科研单位与资金不足企业的最佳选择 ·性价比高 ·结构紧凑
·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪 ·应用范围广 ·测量范围：50mm×50mm ST400表面轮廓仪： ·应用范围广 ·适合大样品的测试 ·测量范围：150mm×150mm ·360 O旋转工作台 ·带彩色摄像机（测量前可自动识别特征区域） HS1000表面轮廓仪： ·适用于高速超快自动测量场合 ·超高的扫描速度（可达1m/s，数据采集频率可达 31KHz，最高可达324KHz） ·能保证超高平整度和稳定性（花岗石平台） 三、测量原理简介：
Nanovea 公司的三维非接触式表面形貌测量仪采用的是国际最前端的白光轴向色差技术技术实现先进的高分辨率的三维图像扫描与表面形貌测量。 ?利用白光点光源，光线经过透镜后产生色差，不同波长的光分开后入射到被测样品上。 ? 位于白光光源的对称位置上的超灵敏探测器系统用来接收经被测样品漫反射后的光。 ?根据准共聚焦原理，探测器系统只能接收到被测物体上单点反射回来的特定波长的光，从而得到这个点距离透镜的垂直距离。 ? 这个点为点光源与传感器所在的直线的中垂线与样品的交点。 ?再通过点扫描的方式以S路径获得物体的三维表面形貌特征。 ?最后将采集的数据交给专业的三维处理软件进行各种表面参数的分析。 ?软件能够自动获取用户关心的表面形貌参数。 四、 产品技术优势 1．采用国际最前端的白光轴向色像差技术，可获得最小2nm的分辨率 2．测量具有非破坏性，测量速度快，精确度高 3．测量范围广，可测透明、金属材料，半透明、高漫反射，低反射率、抛光、粗糙材料(金属、玻璃、木头、合成材料、光学材料、塑料、涂层、涂料、漆、纸、皮肤、头发、牙齿…)； 4．适合测量高坡度高曲折度的材料表面（最高坡度为86o,接近垂直） 5．不受样品反射率的影响 6．不受环境光的影响 7．测量简单，样品无需特殊处理
一、实验目的 采用影像测量仪验收印刷电路板。 要求： （1）学习并掌握影像测量仪的构成和工作原理； （2）通过实践，掌握影像测量仪的操作使用，包括仪器的调节、标定、瞄准、测量；（3）掌握仪器软件的使用，测量数据采集，数据处理，误差评定； （4）采用投射/反射照明测量，测量印刷电路板，要求测量BGA封装（至少测量10个焊盘）焊盘的尺寸、焊盘间距；至少测量十条引线的线宽和间距；至少测量10 个过孔的尺寸。 （5）对照设计图纸，给出合格性结论，形成测量报告。 （6）撰写实验报告，包括原理、步骤、数据与处理、结论等。 二、影像测量仪的构成和工作原理 （1）构成 影像测量仪是一种由高解析度CCD彩色镜头、连续变倍物镜、彩色显示器、视频十字线显示器、精密光栅尺、多功能数据处理器、数据测量软件与高精密工作台结构组成的高精度光学影像测量仪器。 图1总体结构
加工定制：否分辨率：0.001（mm）测量行程：250*150*200（mm） 品牌：贵阳新天型号：JVB250 放大倍率：光学0.7-4.5X 影像28-180X 操作方式：手动测量精度：(3+L/200)um 外形尺寸（长*宽*高）：1000*650*1650（mm） JVB250的规格参数： ①测量范围: X坐标: 250mm Y坐标: 150mm 调焦行程: Z坐标: 200mm ②X、Y、坐标分辨率： 0.0005mm ③仪器准确度：(3+L/200)μm 其中L为被测长度，单位mm ④CCD摄像机：1/3″彩色摄像机，象素数：795(H)×596(V) ⑤物镜放大率： 0.7 ～ 4.5×连续变倍，影像放大28～ 180倍。 ⑥与放大率对应的物镜工作距离：75mm～90mm ⑦与放大率对应的物面最大高度：150mm～130mm ⑧工作台承重：30kg ⑨金属工作台尺：450mm×300mm ⑩主机外形尺寸：580mm×750mm×660mm （2）工作原理 影像测量仪是基于机器视觉的自动边缘提取、自动理匹、自动对焦、测量合成、影像合成等人工智能技术，具有点哪走哪自动测量、CNC走位自动测量、自动学习批量测量的功能，影像地图目标指引，全视场鹰眼放大等优异的功能。同时，基于机器视觉与微米精确控制下的自动对焦过程，可以满足清晰影像下辅助测量需要，亦可加入触点测头完成坐标测量。支持空间坐标旋转的优异软件性能，可在工件随意放置或使用夹具的情况下进行批量测量与SPC结果分类。 被测工件置于工作台上，在投射或反射光照明下，工件影像被摄像头摄取并传送到计算机，此时可使用软件的影像、测量等功能，配合对工作台的坐标采集，对工件进行点、线、面全方位测量。 影像测量仪是利用表面光或轮廓光照明后，经变焦距物镜通过摄像镜头，摄取影像再通过S端子传送到电脑屏幕上，然后以十字线发生器在显示器上产生的视频十字线为基准对被测物进行瞄准测量。并通过工作台带动光学尺，在X、Y方向上移动由DC-3000多功能数据处理器进行数据处理，通过软件进行演算完成测量工作。影像测量主要是利
课题：平面立体的投影 授课老师：梁金土 授课时间：第七周星期二第五节 授课班级：14数控（3）班 教学目的： 1、知识目标：让学生熟练掌握平面立体三视图的作法。 2、能力目标：通过精讲多练，提高学生的空间思维想象能力。 3、情感目标：培养学生理论联系实际的能力和团队合作精神。 教学重点：平面立体三视图的作法。 教学难点：平面立体三视图的投影特征。 教学方法：启发式教学法、讲练结合法、演示法（模型、课件） 教具：多媒体、正六棱柱、三面投影体系 教学过程： 一、复习引入 1、复习提问： 前面我们学习了点、线、面的投影知识，在这部分的内容中我们得知：将两点的同面投影连接起来，可以得到什么的投影？ 2、新课引入： 我们知道点、线、面是组成基本几何体的基本元素，是否可以根据前面所学过的点、线、面投影知识，作出基本几何体的投影呢？ 二、新课讲授 1、基本几何体概念的引入 设问：看一下这些机件上有你认识的几何体吗？（课件展示） 学生回答： 教师总结：机器上的零件，不管它们的形状如何复杂，都可以看成是由一些简单的基本几何体组合起来的。 2、基本几何体的分类 平面立体：表面都是平面围成的几何体。（如：棱柱、棱锥等） 曲面立体：表面是曲面或曲面和平面围成的几何体。（如：圆柱、圆锥、球等）3、平面立体投影（以正六棱柱为例） ⑴正六棱柱的形体分析（展示模型） 设问：正六棱柱有几个点？几条棱？几个面？ 学生回答： 教师总结：正六棱柱有12个顶点，6条棱，8个面组成。上下底面全等且互相平行，侧面为全等的六个矩形，且垂直于底面。 ⑵正六棱柱三面投影的形成及投影特征 任务指引： 将正六棱柱放置在三面投影体系中，如课本35页图2-21a）所示，判断正六棱柱各表面与三个投影面的相对位置关系（平行、垂直或倾斜），并说出各表面的三面投影。 分小组进行讨论，各小组长归纳总结，随机抽取学生回答问题，教师补充完善。 ⑶正六棱柱的三视图的画法 步骤： ①先画各投影轴和中心线，然后画出正六棱柱的水平投影正六边形， ②再根据“长对正，高平齐，宽相等”的投影规律作出其他两面投影。 ③检查并描深图线，完成作图。 4、学生练习 ①请学生根据手中的正六棱柱模型，量取它的长、宽、高三个尺寸，然后做出它的三视图。 ②教师抽查点评 三、小结 1、画平面立体的三视图可以归结为画立体上平面和棱线的投影。 2、画平面立体的三视图，要熟练运用“长对正，高平齐，宽相等”的投影规律。 四、练习 习题册P21（1）
2014年3月《物理综合性、设计性试验》课程开设计划本实验开设围绕物理实验的综合性和设计性开展实验。作为尝试性的课程开设，计划围绕以下几个方面进行： 一、物理实验中的各种要素 1.人的要素（实验目的、实验方法的设计、实验过程、实验结果分析）； 2.仪器的要素（实验设计中仪器的选择、仪器的调整、仪器使用）； 3.实验环境、方法的分析。 二、物理实验的辅助工具 1.常用的实验仪器分析； 2.常用的数据处理（系统误差、仪器误差、循环测量误差）； 3.常用数据处理软件（计算、误差分析、图形处理软件）； 4.各种仿真软件的应用。 三、综合性、设计性物理实验的宗旨 1.综合性——突出完成实验的一种综合性。不是简单的验证（按规定的实验要求、方法 和步骤，一步步向明确的实验目标靠近），往往要通过对几种方法和步骤来实现实验目标。 在综合性实验中，强调： 1）实现实验目标； 2）强调对于实验结果进行完整的实验测试、分析，已达到对实验过程和实验结果全面的认识。 2.设计性——根据实验目标（有意义的），通过创造地采用各种实验方法，进行各方面的测试设计，获得可靠的具有科学性的结果。 在设计性实验中强调： 1）实验设计（方法和过程）的科学性和创新性和完整可靠性（源于综合性实验）。创新性不一定是全部自己发明出来的理论和方法，可以是创新地应用在某些领域； 2）对于能够实现实验结果的不同实验设计和方法进行比较对比，从中选择出最佳的实验设计和方法； 3）获得科学的、具有创新的实验结果。 四、实验总结表达 对于实验目标当前的实验结果状况分析研究资料的收集与分析；对实验进行表达、分析
和总结，完成对实验结果、实验设计分析、实验获得成果的论文写作，科技论文的写作是对综合性、设计性实验开设要求的重要部分。
数字图像处理实验指导书 自动化工程学院 2014年11月试行
实验一数字图像的获取 一．实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作环境，掌握基本的程序调试方法和简单的编程； 2．学会读出MATLAB目录下图像文件并进行旋转、加亮、取反、多幅图像显示等基本操作。 二．实验内容 1.读取和显示 I=imread(‘rice.png’);%读取图像 imshow(I) ; 2.直方图 在matlab环境中，程序首先读取图像，然后调用直方图函数，设置相关参数，再输出处理后的图像。 I=imread('cameraman.tif');%读取图像 subplot(1,2,1),imshow(I) %输出图像 title('原始图像') %在原始图像中加标题 subplot(1,2,2),imhist(I) %输出原图直方图 title('原始图像直方图') %在原图直方图上加标题 3.加亮 RGB=imread(‘peppers.png’);%读取图像 RGB2=imadd(RGB,50); subplot(2,2,1);imshow(RGB); subplot(2,2,2);imshow(RGB2); 4.取反 I=imread(‘rice.png’); J=imcomplement(I); Imshow(J); 5.翻转 I = imread('cameraman.tif'); １
figure,imshow(I); theta = 30; K = imrotate(I,theta); % Try varying the angle, theta. figure, imshow(K) 6.图片大小 I=imread(‘rice.png’); [m,n]=size(I) 7.缩放 在matlab环境中，程序首先读取图像，然后调用图像缩放函数，设置相关参数，再输出处理后的图像。 I = imread('cameraman.tif'); figure,imshow(I); scale = 0.5; J = imresize(I,scale); figure,imshow(J); 8.图像二值化操作 I=imread('rice.png'); J=im2bw(I,0.4); imshow(J) 9.图像合成 (1)图像加运算 i=imread('cameraman.tif') j=imread('rice.png') k=imadd(i,j); imshow(k) 注意：两幅图像的大小和类型必须是相同的。 （2）图像减运算 i=imread('AT3_1m4_01.tif'); j=imread('AT3_1m4_02.tif'); K=imsubtract(i,j);%函数将负值截断为0，显示效果为黑，可用于探查同一场景的多幅图像的变化。 imshow(K) ２
综合设计性物理实验指导书黑龙江大学普通物理实验室
目录绪论 实验1 几何光学设计性实验 实验2 LED特性测量 实验3 超声多普勒效应的研究和应用 实验4 热辐射与红外扫描成像实验 实验5 多方案测量食盐密度 实验6 多种方法测量液体表面张力系数 实验7 用Multisim软件仿真电路 实验8 霍尔效应实验误差来源的分析与消除 实验9 自组惠斯通电桥单检流计条件下自身内阻测定实验10 用迈克尔逊干涉仪测透明介质折射率 实验11 光电效应和普朗克常数的测定液体电导率测量实验12 光电池输出特性研究实验 实验13 非接触法测量液体电导率
绪论 一．综合设计性实验的学习过程 完成一个综合设计性实验要经过以下三个过程： 1．选题及拟定实验方案 实验题目一般是由实验室提供，学生也可以自带题目，学生可根据自己的兴趣爱好自由选择题目。选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料（资料来源主要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想是否正确、方案是否合理、是否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导教师反复讨论，使其完善。实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作步骤等。 2．实施实验方案、完成实验 学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验过程中不断地完善。在这个阶段，学生要认真分析实验过程中出现的问题，积极解决困难，要于教师、同学进行交流与讨论。在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的方法，并且学会合作与交流，对实验或科研的一般过程有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，善于思考问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。 3．分析实验结果、总结实验报告 实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验结果进行讨论，进行误差分析；（2）讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法；（3）写出完整的实验报告（4）总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一个重新认识过程，在这个过程中可以锻炼学生分析问题、归纳和总结问题的能力，同时也提高了文字表达能力。 在完成综合性、设计性实验的整个过程中处处渗透着学生是学习的主体，学生是积极主动地探究问题，这是一种利于提高学生解决问题的能力，提高学生的综合素质的教学过程。 在综合设计性实验教学过程中学生与教师是在平等的基础上进行探讨、讨论问题，不要产生对教师的依赖。有些问题对教师是已知的，但对学生是未知的，这时教师应积极诱导学生找到解决问题的方法、鼓励学生克服困难，并在引导的过程中帮助学生建立科学的思维方式和研究问题的方法。有些问题对教师也是一个未知的问题，这时教师应与学生共同思考共同解决问题。 二．实验报告书写要求 实验报告应包括：1实验目的；2实验仪器及用具；3实验原理；4实验步骤；5测量原始数据；6数据处理过程及实验结果；7分析、总结实验结果，讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法，总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。 三．实验成绩评定办法 教师根据学生查阅文献、实验方案设计、实际操作、实验记录、实验报告总结等方面综合评定学生的成绩。 （1）查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。在这方面主要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一个合理、可行的实验方案。 （2）实施实验方案、完成实验内容：占成绩的30%。考察学生独立动手能力，综合运用知识解决实际问题的能力。 （3）分析结果、总结报告：占成绩的20%。主要考察学生对数据处理方面的知识运用情况，分析问题的能力，语言表达能力。 （4）科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。考察学生是否具有创新意识，善于发现问题并能解决问题。 （5）实验态度、合作精神：占成绩的10%。考察学生是否积极主动地做实验，是否具有科学、
－72－科技论坛 1概述 非接触光学投影式三维形貌测量技术是 获取物体表面形态特征的一种重要手段，是一 种逆向工程技术，亦称为反求工程(Reverse En- gineering)，简称RE [1]。由于这种三维形貌测量技 术具有速度快、分辨率高和非接触等优点而广 泛应用于工程设计、质量控制、医疗诊断和计算 机辅助制造等方面[2]。本文以相位测量轮廓术中 的光栅投影法为重点，介绍了其测量基本原理、 组成以及应用，研究了正弦光栅投影技术和数 字图像处理技术，并利用德国GOM 公司生产 的Advanced TOpometric Sensor 系列（简称 ATOS ）流动式光学扫描仪是对鼠标进行了测量 与分析。实验表明：三维光学形貌测量技术简单 实用、测量精度高、便于实现自动测量，是一种 较为理想的光学测量方法。 2相位测量轮廓术的基本原理 相位测量轮廓术的基本原理如图1所示。 D 点为投射系统出瞳中心，DO 为投影光轴。C 点为成像系统入瞳中心，CO 为探测光轴，设 DC=d 且与xoy 参考面平行。从D 点对E 点投 影位置本该落到B 点，但由于物体表面形状调 制的原因，在CCD 镜头上则成像于A 点。设 AB=S R (x ，y)，表示偏移量，则E 点的高度为 可见只要计算出偏移量，就能得到被测物体表面各点的高度，实现三维轮廓测量，具体计算是采用相移技术。将正弦光栅投影到待测物体表面上，并规定坐标原点O 处系统相位为零，采用四步相移技术，每步，利用 CCD 摄像机分别获得四幅畸变光栅条纹的光强，利用光强关系计算得到E 点相位。再利用光栅直接投影在参考面上的光强关系计算得到A 点相位[3]，它们相位差为若被测物高度远小于L ，则E 点高度，将其代入（2）式则有其中，是可通过对测量系统标定来确定的系数，进而根据相位差可得物体高度。3ATOS 流动式光学扫描仪原理ATOS 系列流动式光学扫描仪是目前国际市场上比较先进的三维扫描设备，该设备采用光栅投影相位测量轮廓技术。其测量系统主要由光学扫描仪和计算机等组成。ATOS 光学扫描仪由两个高分辨率CCD 数码相机和光栅投影仪组成。采用双CCD 的设计目的是实时监测扫描过程中由于振动和环境光线变化对测量精度造成的影响，从而确保扫描精度。由于采用流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术，务须移动光学扫描仪，其扫描范围可从10mm 到12m 。不同视角的测量数据依靠粘贴在工件表面上公共的参考点，可自动拼合在统一坐标系内，从而获得完整的扫描数据，对于被参考点覆盖而在工件表面留下的空洞，软件可根据周围点云的曲率变化进行插补[4]。光栅投影仪由光栅和微型步进电机组成。采用不同频率 的光栅分别对同一样品进行组合测量，再将测量得到的图像进行合成方法，可以大大提高检测的分辨率和精度。在ATOS 的光栅投影仪内封装的三组频率不同正弦光栅，刻划在同一玻璃基上，如图2所示。通过微型步进电机可随意切换这三组光栅，进行组合测量。4ATOS 的应用ATOS 系统的软件和硬件均采用模块化设 计，性能稳定，设备操作简单。图3是光栅在鼠标 上的投影，光栅条纹具有较大的光强，良好的景深，具有连续的强度分布及较好的正弦性。由于受鼠标表面形状变化的调制，基准光栅条纹在鼠标表面上产生了畸变，这些畸变条纹就包含了鼠标表面形状的三维信息。利用CCD 摄像机读取畸变条纹，并对图像进行相应的处理，可以得到有关条纹中心线的二维信息，然后根据相应的数学转换模型和重构算法对鼠标轮廓进行重构，得到被测鼠标表面的三维外形数据信息。图4是在鼠标上的投影条纹光强分布图，可以看出是典型的正弦分布。5总结 本文主要分析了基于相位测量的光栅投影 三维轮廓测量系统的基本原理，并以ATOS 流动式光学扫描仪为例详细介绍了光栅投影三维轮廓系统的正弦光栅投影技术和数字图像处理技术。并利用该设备对实际物体三维面形进行了测量，可以看出相位测量轮廓术具有结构简单、速度快，实用，测量精度高、测量范围大、抗干扰性强和可 在线实时测量等优点，是一种较为理想的光学测量方法。 参考文献 [1]V.Srinivasan,H.C.Liu,Maurice Halioua.Automated phase -measuring profilometry:a phase mapping approach.Applied Optics,1985,24(2):185-188.[2]潘伟,赵毅,阮雪榆.相移法在光栅投影测量中的 应用[J].应用光学,2003,24(4):46-49. [3]康新,何小元.基于正弦条纹投影的三维传感及 其去包裹处理[J].光学学报,2001,22(12):1444-1447. [4]任丹,吴禄慎.三维面形位相测量轮廓术的研究[J].南昌大学学报(工科版),2002,3(3):9-12.作者简介：姜洪喜（1976~），男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，硕士，主要从事3D 物体形貌测量和光学梳状滤波器的研究。基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目：（编号11531330）；黑龙江省高等教育学会“十一五”规划课题：（编号H115-C729）；黑龙江科技学院青年基金项目：（编号07-16）光学三维形貌测量技术的分析和应用 姜洪喜任常愚李海宝任敦亮刘炳胜 （黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027） 摘要：介绍了光栅投影三维光学测量系统的原理、组成及应用。光栅投影法是将正弦光栅投影到被测物体表面上，由高精度CCD 摄像机摄取这些畸变条纹，并利用数字处理技术获得物体表面三维数据。该方法测量精度高、便于实现自动测量，是一种较为理想的光学测量方法。 关键词：三维形貌测量技术；光栅扫描；ATOS 系统 （1） （2） ,áS x y ,z x y 2 2,á??fS x y áááá ???????á（3） ,2L z x y k d f áá???á
《图像信号处理》实验指导书 编写罗三定 中南大学信息科学与工程学院
2006年 10月 实验1 PhotoShop功能操作 一、实验目的 1、了解数码相机基本使用。 2、熟悉PHOTOSHOP在图像处理上的用途。 3、掌握PHOTOSHOP一些基本的图像操作。 二、实验内容 1、用数码相机拍摄照片。 2、将照片采集到电脑中处理。 3、运用PHOTOSHOP进行图像的编辑与创作。 三、实验预备知识 ADOBE PHOTOSHOP是Thomas和John Knoll俩兄弟设计制作，而后与Adobe公司合作，于1989年推行的一个集传统的暗房技术和印前处理功能于一体的综合图像处理软件，它将设计师和使用者集于一体，给图形设计界增添了巨大的活力。 位图即点阵图是由许多小方格的不同色块组成的图像，其中每一个小方格被称为像素。Photoshop是一个位图处理软件，它可以真实的再现色彩丰富的世界。 由于位图文件在存储时必须记录其组成画面中每一个像素的位置、色彩等数据，因此它的文件信息量大，分辨率越高，信息量越大。 分辨率就是单位（英寸）长度所含像素的多少，单位为dpi。分辨率可分为图像分辨率、输出分辨率、扫描分辨率等，分辨率是决定图像输入、输出质量高低的关键。
黑白位图模式1bit表示一个图像像素；灰度位图模式用8bit表示一个图像像素；RGB真彩色位图模式用3*8bit表示一个图像像素。一个数字化图像文件，文件的大小= 图像像素数×字节数/像素+文件头。 在Photoshop中不能将彩色图像直接转化为黑白位图模式，必须先将此彩色图像转化为灰度模式，在转化为位图模式，转化后有几种不同的显示模式：50%阈值、图案仿色、扩散仿色和半调网屏。 四、实验要求 1、观察图像大小（宽与高像素）。 2、改变图像大小。 3、观察各处的RGB值、色度、亮度、饱和度的值。 4、单独观察红色、绿色、蓝色分量图像。 5、将彩色图像转换为灰度图像，存盘后观察文件大小。 6、观察图像的直方图。 7、改变图像的亮度、对比度、饱和度，观察操作结果。 8、以不同阈值二值化图像。
药理学综合设计性实验 实验一氯丙嗪的降温作用（设计性实验，4学时） 实验简介：本实验使学生掌握实验设计的基础理论和方法（包括动物选择、实验分组、对照原则、处理因素的标准化等多方面知识），并通过观察氯丙嗪的降温作用，掌握其降温特点，联系临床应用。 实验辅导：至少双人辅导 【实验目的】掌握实验设计的基础理论，通过观察氯丙嗪的降温作用，掌握其降温特点，联系临床应用。 【实验器材】小鼠、注射器、体温计、冰箱、氯丙嗪等。 【实验过程】 一、首先介绍实验设计的基础理论 （一）实验设计是科学研究计划中关于研究方法与步骤的一项内容，是实验研究所涉及的各项基本问题的合理安排。严密合理的实验设计是顺利进行研究工作的保证，同时也能最大限度地减少实验误差以获得精确可靠的实验结论，甚至可以使研究工作事半功倍。 药理学实验设计的三大要素，即处理因素、实验对象与实验效应。 1.处理因素 (1)处理因素实验中根据研究目的确定的由实验者人为施加给受试对象的因素称为处理因素，如药物、某种手术等。 一次实验涉及的因素不宜过多，否则会使分组增多，受试对象的例数增多，在实际工作中难以控制。但处理因素过少，又难以提高实验的广度和深度。 (2)明确非处理因素：非处理因素虽然不是我们的研究因素，但其中有些因素可能会影响实验结果，产生混杂效应，所以这些非处理因素又称混杂因素。设计时明确了这些非处理因素，才能设法消除它们的干扰作用。 (3)处理因素的标准化：处理因素在整个实验过程中应做到标准化，即保持不变，否则会影响实验结果的评价。如实验设计中处理因素是药物时，则药物的剂型、给药途径、质量(成分、出厂批号等)必须保持不变。 2.实验对象 实验对象的选择十分重要，对实验结果有着极为重要的影响。药理学实验主要实验对象包括整体动物(正常动物、麻醉动物和病理模型)、离体器官、组织及细胞等。 3.实验效应 实验效应是指受试对象在处理因素作用后呈现的反应或受到的影响，其具体表现形式是指标。这些指标包括计数指标(或定性指标)和计量指标(或定量指标)等。指标的选定需符合特异性、客观性、重复性、灵敏性、精确性、可行性等原则。 (二)药理学实验设计的基本原则 为了提高研究效率，控制误差和偏倚，药理学实验设计同其它科学研究一样必须遵循三大基本原则，即对照、随机和重复原则。 1.对照原则 对照是比较的前提。在生物学实验中存在许多影响因素，为消除无关因素对实验结果的
江南大学现代远程教育考试大作业 考试科目:《课程综合实验（专科）》 一、刀具、切削力实验简答题 1、刀具几何角度的参考系有哪些 ， 答：刀具几何角度的参考系分为静止参考系和工作参考系两类，有正交平面参考系，法平面参考系，假定工作平面参考系。 为了保证切削加工的顺利进行，获得合格的加工表面，所用刀具的切削部分必须具有合理的几何形状。刀具角度是用来确定刀具切削部分几何形状的重要参数。 为了描述刀具几何角度的大小及其空间的相对位置，可以利用正投影原理，采用多面投影的方法来表示。用来确定刀具角度的投影体系，称为刀具角度参考系，参考系中的投影面称为刀具角度参考平面。 用来确定刀具角度的参考系有两类：一类为刀具角度静止参考系，它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称为刀具标注角度；另一类为刀具角度工作参考系，它是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称为刀具的工作角度。 1)刀具角度参考平面：用于构成刀具角度的参考平面主要有：基面、切削平面、正交平面、法平 面、假定工作平面和背平面。 2)⑴基面Pr：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，它平行（或垂直）于刀具上的 安装面（或轴线）的平面。例如：普通车刀的基面Pr，可理解为平行于刀具的底面； 3)⑵切削平面Ps：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。它也是切削刃与切 削速度方向构成的平面； | ⑶正交平面Po：过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面； ⑷法平面Pn：过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面； ⑸假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面； ⑹背平面Pp：过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面Pf与基面Pr的平面。 4)刀具角度参考系:刀具标注角度的参考系主要有三种：即正交平面参考系、法平面参考系和假定 工作平面参考系。
数字图像实验三图像增强
实验三、图像增强 一、实验目的 （1）熟悉并学会使用MATLAB中图像增强的相关函数。 （2）掌握图像灰度修正、平滑去噪、锐化加强边缘和轮廓的方法，并编程实现。 二、实验主要仪器设备 （1）台式机或笔记本电脑。 （2）MATLAB软件（含图像处理工具箱）。注意：由于软件版本的缘故，软件的界面可能有所差异，读者可以根据实际安装的软件选择相关的命令。 （3）典型的灰度、彩色图像文件。 三、实验原理 数码相机的曝光量指到达DC感光器件上的光线总量，用曝光值（EV）表示。图像 的过度曝光、曝光不足时，用曝光补偿调节 曝光量，这种功能可修正自动曝光设置值为 上升或下降几级。例如，某些DC的EV调整 范围为+3~0~-3。尝试对同一景象进行正确 曝光、过度曝光和曝光不足三种情况成像情
况。 （1）将一幅图像视为一个二维矩阵，用MATLAB进行图像增强。 （2）利用MATLAB图像处理工具箱中的函数imread（读入），imshow（显示），imnoise（加噪），filter2（滤波）对图像进行去噪处理。（3）图像灰度修正：灰度变换。对不满意的图像通过线性或非线性灰度映射关系进行变换，其效果可以得到明显提高。通过分析，会发现变换前后图像的直方图也发生相应的变化。（4）图像平滑方法：领域平均、中值滤波。分析图像降质的性质，区分平稳性还是非平稳型、加性还是乘性等，采用合适的去噪方法，可以去除或降低噪声对图像的影响。从频率域看，平均操作在降低噪声的同时衰减了图像的高频分量，会影响图像细节的重现。中值滤波对某些信号具有不变形，适用于消除图像中的突发干扰，但如果图像含有丰富的细节，则不宜使用。 （5）图像锐化方法：人眼对目标的边缘和轮廓较为敏感，对图像进行锐化，有助于突出图像的这些特征。从频率域看，锐化提升了图像的
综合与设计性实验讲义 目录 模块一 实验一茶叶中提取咖啡因（综合性化学实验） (1) 实验二黄连中小檗碱的提取和鉴定（设计性化学实验） (5) 实验三烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验） (6) 实验四玉米须中黄酮和多糖的提取、鉴别与含量测定（设计性化学实验）··10 模块二 实验五高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验） (12) 实验六维生素C药片中抗坏血酸含量的测定（综合性化学实验） (13) 实验七葡萄糖酸锌的制备和分析（综合性化学实验） (15) 模块三 实验八 1，2，4-三唑的制备（设计性化学实验） (18) 实验九聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验） (19) 实验十香豆素-3-羧酸的制备 (20) 实验十一三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备、性质和组成分析（设计性化学实验）。22实验十二固体酒精的制备及燃烧热的测定（综合性化学实验） (24) 说明：本实验课程要求学生从三个模块（见附表）中选出四个实验题目，即从模块一、模块二中各择一个实验题目，从模块三中选择二个。四个实验题目中设计性实验不得少于一个。设计性实验要提供设计方案，列举可行的方案。实验前要交给指导老师批阅。 例如：模块一中选择烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验），模块二中选择高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验）， 模块三中选择聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验），环保颜料氧化铁黄的制备定（综合性化学实验）
模块一 实验一茶叶中的咖啡因的提取及其红外光谱的测定 A 茶叶中的咖啡因的提取 一、实验目的 （1）通过从茶叶中提取咖啡因学习固-液萃取的原理及方法。 （2）掌握索氏提取器的原理及作用。 （3）掌握升华原理及操作。 二、实验原理 茶叶中含有多种黄嘌呤衍生物的生物碱，其主要成分为含量约占1%～5%的咖啡因（Caffeine，又名咖啡碱），并含有少量茶碱和可可豆碱，以及11%～12%的丹宁酸（又称鞣酸），还有约0.6%的色素、纤维素和蛋白质等。 咖啡因的化学名为1，3，7-三甲基－2，6-二氧嘌呤，其结构为： O N H3C N O CH3N N CH3 N N H N N 纯咖啡因为白色针状结晶体，无臭，味苦，置于空气中有风化性。易溶于水、乙醇、氯仿、丙酮、微溶于石油醚，难溶于苯和乙醚，它是弱碱性物质，水溶液对石蕊试纸呈中性反应。咖啡因在100℃时失去结晶水并开始升华，120℃升华显著，178℃时很快升华。无水咖啡因的熔点为238℃。咖啡因具有刺激心脏，兴奋大脑神经和利尿等作用，因此可单独作为有关药物的配方。咖啡因可由人工合成法或提取法获得。本实验采用索氏提取法从茶叶中提取咖啡因。利用咖啡因易溶于乙醇，易升华等特点，以95%乙醇作溶剂，通过索氏提取器（或回流）进行连续抽提，然后浓缩、焙炒而得粗制咖啡因，在通过升华提取得到纯的咖啡因。 三、实验装置 1．索氏提取器：见图2－17。 2．回流提取装置：在无索氏提取器的情况下，可采用回流冷凝装置（图 3-13）。但一般回流冷凝装置所用溶剂量较大，且提取效果较索氏提取器差。
实验一数字图像处理编程基础 一、实验目的 1. 了解MATLAB图像处理工具箱； 2. 掌握MATLAB的基本应用方法； 3. 掌握MATLAB图像存储/图像数据类型/图像类型； 4. 掌握图像文件的读/写/信息查询； 5. 掌握图像显示--显示多幅图像、4种图像类型的显示方法； 6. 编程实现图像类型间的转换。 二、实验原理 略。 三、实验内容 1. 实现对图像文件的读/写/信息查询，图像显示--显示多幅图像、4种图像类型的显示方法、图像类型间的转换。 2. 运行图像处理程序，并保存处理结果图像。 四、分析思考 归纳总结Matlab各个基本指令。 Dither 采用“抖动”方法从RGB 图像创建索引图像 grayslice 从灰度图像通过阈值处理创建索引图像 gray2ind 从灰度图像创建索引图像 ind2gray 从索引图像创建灰度图像 rgb2ind 从RGB 图像创建索引图像 ind2rgb 从索引图像创建RGB 图像 rgb2gray 从RGB 图像创建灰度图像
实验二 图像几何变换实验 一、实验目的 1．学习几种常见的图像几何变换，并通过实验体会几何变换的效果； 2．掌握图像平移、剪切、缩放、旋转、镜像等几何变换的算法原理及编程实现； 3．掌握matlab 编程环境中基本的图像处理函数。 二、实验原理 1. 初始坐标为(,)x y 的点经过平移00(,)x y ，坐标变为(',')x y ，两点之间的关系为：00 ''x x x y y y =+??=+?，以矩阵形式表示为： 00'10'01100 11x x x y y y ????????????=?????????????????? 2. 图像的镜像变换是以图象垂直中轴线或水平中轴线交换图像的变换，分为垂直镜像变换和水平镜像变换，两者的矩阵形式分别为： '100'01010011x x y y -????????????=?????????????????? '100'01010011x x y y ????????????=-?????????????????? 3. 图像缩小和放大变换矩阵相同： '00'0010011X y x S x y S y ????????????=?????????????????? 当1x S ≤，1y S ≤时，图像缩小；当1x S ≥，1y S ≥时，图像放大。 4. 图像旋转定义为以图像中某一点为原点以逆时针或顺时针方
设计性实验指导书 实验名称：冷冻鱼糜及鱼糜制品的生产 实验项目性质：本实验是食品科学与工程专业水产品加工方向的学生在学习了《水产食品加工学》这门课程之后，将其课堂上学习的水产品加工理论知识应用到生产实践的一个设计性试验。该实验是由学生自己设计鱼糜制品（鱼丸）的配方和生产工艺。通过实验可以实现以学生自我训练为主的教学模式，使学生更好地掌握实验原理、操作方法、步骤，全面了解掌握鱼糜制品弹性形成的机理、掌握鱼糜制品制造的技术原理、掌握影响鱼糜制品弹性的因素。培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新思维和实际动手能力，提高学生驾驭知识的能力，培养学生事实求是的科学态度，百折不挠的工作作风，相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。通过开展这项工作，将有利于学校培养社会所需要的高素质、创新型人才。 所属课程名称：水产食品加工学 计划学时：10 一、实验目的 1、掌握冷冻鱼糜的生产原理和工艺技术；抗冻剂防治鱼肉蛋白质冷冻变性的作用；鱼肉蛋白质变性的特征变化。 2、掌握鱼糜制品弹性形成的机理及其影响弹性的因素。 3、掌握鱼糜制品制造的生产技术。 4、掌握鱼糜凝胶化和凝胶劣化的性质。 5、学习鱼糜制品弹性感观检验方法。 二、设计指标 设计的鱼糜制品（鱼丸）主要考虑如下质量指标： 1、鱼丸的凝胶强度 2、鱼丸的风味 3、鱼丸的香气 4、鱼丸的产品成数 5、鱼丸的白度 6、鱼丸的水分 三、实验要求（设计要求） 1、要求学生首先查资料，搞清楚不同鱼种在制作冷冻鱼糜时形成凝胶的特性，熟悉冷冻鱼糜的制作工艺过程，了解其相关的机械设备。 2、学生自己设计鱼糜制品（鱼丸）的配方和生产工艺。按5人为一实验小组，学生自己拆装、调试设备。各实验小组自己根据鱼糜制品制造的技术原理、影响鱼糜制品弹性的因素，各组自己制定鱼丸生产工艺，产品配方，用各实验小