1、“国家大学生创新性实验计划”项目申请表项目名称 非接触式干涉图像辅助采集与处理系统的研究与开发项目负责人 雷霆 学 号 100108040067联系电话 18713505406 电子信箱 所在年级院（系） 、专业年级：10 级学院：理学院专业：电子信息科学与技术指导教师 陈淑清 联系电话 13833579076燕山大学教务处制表填表日期：2011 年 11 月 6 日填 表 须 知一、项目申请表要按照燕山大学“国家大学生创新性实验计划” 项目管理办法的相关要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、格式要求：表格中的字体应为小四号宋体，1.5 倍行距；需签字部
2、分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用 A4 纸双面打印，于左侧装订成册。三、项目申请表由项目负责人填写，经学院（系）评审汇总后统一上报燕山大学“国家大学生创新性实验计划领导小组”办公室，学生申请课题必须自行联系确定指导教师。四、项目申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，字迹清楚。五、如填表有不明事宜，请与燕山大学“国家大学生创新性实验计划领导小组”办公室（电话：8047707；电子邮箱：）联系和咨询。项目名称非接触式干涉图像辅助采集与处理系统的研究与开发项目来源项目来源改为：秦皇岛市科技局项目（项目编号：201001A031 ，项目时间：2010 年 8 月2012 年 5 月）申请
3、经费元起止时间2011 年 11 月2012 年 11 月一、项目团队情况学生姓名雷霆 学 号100108040067 性 别 男所在院系理学院 所在专业电子信息科学与技术 年 级10 级身份证号652323199104073516 联系电话18713505406 E-mail 项目分工负责人，负责项目整体设计与规划,编写图像处理软件所需的部分程序个人简介（包括自身条件、特长、兴趣、科研经历及成果等）理学院电子信息科学与技术本科在读学生，做事认真仔细，善于向他人请教，熟悉编程语言、图像处理以及界面设计，有较强领导能力，独立性强，对干涉效应有着浓厚的兴趣， 熟悉干涉效应原理以及多种干涉实验仪器，
4、渴望在物理干涉领域，尤其是干涉效应的实际开发应用方面有所建树。主要经历： 2011 年 1 月：进入理学院 115 实验室学习编程技术； 2011 年 5 月：参加河北省职业规划大赛； 2011 年 6 月：组建科研小组，准备参加国家大学生创新性试验计划项目； 2011 年 10 月：参加燕山大学第十六届世纪杯大学生课外学术科技作品竞赛；掌握技能： 编程语言：C 语言、C+面向对象编程语言、 C#面向对象编程等基本编程技能 图像处理：matlab 数字图像处理技术、 Photoshop 抠图技术； 电子技术：熟悉数字电路设计，51 单片机，单片机； 其他方面：熟悉 flash 动画制作、熟悉物
5、理光学实验操作原理；相信具有以上能力以及对干涉效应的浓厚兴趣，再加上个人努力以及团队的合作，我相信我们科研小组一定能够顺利完成此次科研项目。学生（签名）：年 月 日学生姓名甘纯 学 号100108010006 性 别 男所在院系理学院 所在专业信息与计算科学 年 级10 级身份证号360203199201043019 联系电话18713502272 E-mail 项目分工算法设计/编写接口程序，安全系统程序个人简介甘纯，理学院 10 级信息与计算科学学生，擅长编程，在数学、电子方面有所长，参加过一些科技竞赛。2011 年月：进入理学院 115 实验室学习编程技术；2011 年 6 月：进入 2
6、011 年国家大学生创新性实验科研小组，并做好了参赛准备；2011 年 10 月：并参加 2011 年全国高教杯大学生数学建模大赛，并获得省级二等奖；实践技能： 专业技能：程序设计； 编程语言：C 语言编程、C+面向对象编程、 matlab 编程； 数学方面：算法、matlab 应用、lingo 应用；学生（签名）：年 月 日学生姓名李特伟 学 号100108040087 性 别男所在院系理学院 所在专业电子信息科学与技术年 级10 级身份证号330382199102253112 联系电话15076079213 E-mail 项目分工用户操作界面设计个人简介李特伟，理学院电子信息科学与技术本科
7、在校生，喜爱电子技术，成绩优秀，工作踏实，认真。2011 年 1 月：进入理学院 115 实验室学习编程技术；2011 年 3 月：获得理学院本专业校级三等奖学金一次；2011 年 5 月：带领创业计划团队参加校级创业设计大赛并获得优秀奖；2011 年 6 月：进入国家大学生创新性试验科研小组，并做好了参赛准备；掌握技能： 嵌入式 Linux：linux； 编程技术：C 语言、C+面向对象编程、C#面向对象编程；学生（签名）：年 月 日二、指导教师情况姓 名 陈淑清 学 历 硕士研究 生 职称 高级实验师研究方向 13833579076 所在院系 理学院电 话 13653355198 E-ma
8、il 三、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣和已有的工作积累和成绩等）干涉现象，在物理学中具有重要的学术价值。并且作为一种无损，无污染的优质资源，在提倡绿色，节能，环保的今天，干涉效应已逐渐在工业检测、监控等方面体现出了它无可比拟的优势，随着科技的发展，在未来的工业生产中，干涉现象也必将发挥出重要的作用。自从 115 创新团队组建以来，队员通过自学编程技术以及其他电子方面的知识，已具有一定的操作基础与程序开发能力；在图像处理、算法、界面设计等方面都各有所长，如： 图像处理： Visual C+ 图像处理编程、 matlab 图像处理； 编程语言： C 语言程序设计，C+程序设
9、计、 C#面向对象编程； 其他方面：flash 动画制作，CCD 图像传感器应用；同时队员们还在各类竞赛中积累了丰富的经验与团队合作意识。队员所参加过的比赛项目、培训与获奖情况有： 2011 年河北省职业规划大赛（雷霆，2011 年 6 月） ； 2011 年理学院 115 实验室编程培训(全体队员 )； 2011 年燕山大学数学建模暑期培训（甘纯，2011 年 7 月） ； 2011 年全国高教杯大学生数学建模大赛并获得省级二等奖（甘纯，2011 年 10 月） ； 2011 年燕山大学创业计划大赛获得优秀奖（李特伟，2011 年） ； 2011 年燕山大学第十六届世纪杯大学生课外学术科技作
10、品竞赛（雷霆，甘纯，2011 年 10 月） ；经过一年的相处，队员在学习的同时早已建立了深厚的友谊，队员之间相互学习，共同进步，无论是技术能力还是精神面貌都可以很好地满足课题研究的实际需要。值得强调的是，队员们对于干涉效应有着浓厚的兴趣，对于干涉原理，理论意义，学术价值以及开发前景都有一定的认识，希望通过参加这次国家大学生创新性试验，全体队员能够参与干涉效应的研究与实际开发应用，在研究过程中积累知识，锻炼能力，开阔视野，集思广益，不断创新。 四、立项背景（包括国内外研究现状、趋势、研究意义、参考文献和其他有关背景材料等）物理学中，干涉是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形的
11、现象。在我们的日常生活中，只要稍加留意就会发现干涉的影子，比如当我们在阳光下洗衣服时，盆里的肥皂或洗衣粉泡上会出现各种彩色花纹，并且随泡的大小变化，花纹的形状和颜色也不断的变化；比如在炎热的夏天，雨过天晴，柏油路的积水面上浮着的一层油膜会呈现出五颜六色的色彩；比如用手把两片无色透明的玻璃片捏在一起，阳光下也能看到彩色花纹，以上现象的产生，是因为光产生了薄膜干涉现象。巧妙地利用干涉我们还可以去弊存利，创造完美，比如我们戴的眼镜镜片以及照相机的镜片上涂的增透膜就是利用入射光在膜上下表面反射波相互干涉而抵消，从而使透射光得到增强而起到增透的作用。在历史上，干涉现象及其相关实验是证明光的波动性的重要依
12、据 【01】 ，但光的这种干涉性质直到十九世纪初才逐渐被人们发现，主要原因是相干光源的不易获得 【】 。为了获得可以观测到可见光干涉的相干光源，人们发明制造了各种产生相干光的光学器件以及干涉仪，这些干涉仪在当时都具有非常高的测量精度：阿尔伯特迈克耳逊就借助迈克耳逊干涉仪完成了著名的迈克耳逊莫雷实验，得到了以太风观测的零结果 0 。在二十世纪六十年代之后，随着激光这一高强度相干光源的发明 【0】 ，使得光学干涉测量技术得到了前所未有的广泛应用，在各种精密测量中都能见到激光干涉仪【05】 的身影。干涉仪的应用极为广泛，可以用于：长度的精密测量，折射率的测定，波长的测量，对工业产品质量、长度及其他物
13、理参数进行无损检测，检验光学元件的质量，对宇宙天体的位置及运动状态进行测量，以及用 作 高 分辨率光谱仪来做光谱 的精 细 结 构 和 超 精 细 结 构 分 析 等 等 。因为干涉效应的无限魅力和巨大应用价值，使得一直以来，热衷于对干涉原理的探究和干涉器件的设计应用事业的科学家前仆后继，接踵而至，他们创造出了一个个响绝于耳的干涉光路、干涉器件和干涉应用，如杨氏双缝干涉，等倾干涉，等厚干涉，多光束干涉，菲涅耳双面镜，菲涅耳双棱镜，洛埃镜，迈克耳孙测星干涉仪 【06】 ，迈克耳孙干涉仪 【07】 ，马赫曾特尔干涉仪 【08】 ，法布里珀罗干涉仪和全息照相等，这些都极大地推进了光学学科的向前发展和
14、极大地改进了人们的生活质量。但是，不可否认的是，这些研究绝大部分都停留在对干涉本身的研究，而对干涉的后续工作，比如干涉图像的采集与处理等则研究的较少，这显然是没有与时俱进，没有与当前科技很好结合，这是对干涉研究的不完美，是必须要重视起来的一项研究。随着当今 CCD和 CMOS 技术的走俏，我们基于其开发的非接触式干涉图像辅助采集与处理装置，将为干涉的应用插上翅膀，为干涉带来巨大的附加产值。 目前市面上的不管是以普通光源作为干涉源 【09】 、还是以激光光源作为干涉源的绝大部分干涉仪，都只能靠人工去识别判断干涉现象，去测量干涉条纹的位置或数目，这将极大地减弱干涉仪的使用精度与效率，特别是在工业现
15、场，在生产线上，长时间高强度地去人工盯着测量更不现实，加之拿激光作为干涉源，往往干涉图形的亮度会比较大，若长期专注地观察则有害眼睛健康，因此设计一套干涉图像的辅助采集与处理装置将成为当前研究的大势所趋和必然选择。我们设计的这套非接触式干涉图像辅助采集与处理装置，是以干涉效应为基础；以自编控制，处理软件为核心，依托现有科技（如 CCD，图像采集卡） ；以实现非接触式图像采集、智能化图像处理为主要目标；以扩展干涉效应应用范围，提高基于干涉效应的工业检测、监控的精度，提高学生实验的质量与效率，简化操作程序，增强操作的可视性，安全性为最终目的，为工业监控、检测以及学生实验提供一个安全，高效，精确的操作
16、平台。值得强调的是，当前，一些完全靠人工测量的、没有辅助测量系统的干涉仪，市场保有量巨大，尤其是在大中专院校和中小型企业的产品检测生产线上，因此，我们开发的这套辅助系统也将具有广阔的市场应用前景和潜在的市场开发价值。参考文献01 Johnson, M. A., Betz, A. L., and Townes, C. H. (1974). Phys. Rev. Lett. 33, 1617 1620.02 Michelson, Albert Abraham & Morley, Edward Williams, On the Relative Motion of the Earth and the
17、 Luminiferous Ether, American Journal of Science. 1887, 34: 333345 03 Hariharan（2003 年） ，第 79 页04 Hariharan, P. (1987a). In “Progress in Optics” (E.Wolf, ed.),Vol. XXIV, pp. 105164. Elsevier, Amsterdam.05 Siegman, A. E. (1966). Proc. IEEE 54, 13501356.06 Johnson, M. A., Betz, A. L., and Townes, C. H
18、. (1974). Phys. Rev. Lett. 33, 1617 1620.07 Sutton, E. C., Storey, J. W. V., Betz, A. L., Townes, C. H., and Spears, D. L. (1977). Astrophys. J. Lett. 217, L97.08 Sutton, E. C. (1979). In “High Angular Resolution Interferometry,” Proceedings of Colloquium No. 50 of the IAU, pp. 16/116/14. University
19、 of Sydney, Sydney.09 Tango, W. J., and Twiss, R. Q. (1980). In “Progress in Optics” (E. Wolf, ed.), Vol. XVII, pp. 241277. North-Holland, Amsterdam.五、项目研究内容该系统将实现以下功能： 根据需求，通过改变采集装置的安装与采集路径，实现对不同仪器设备产生的干涉信息进行实时采集，满足不同工业检测以及干涉实验的要求 ； 能够自动扩充干涉图像处理函数库，对各种干涉图像进行实时处理（主要对图像进行去噪、增强、锐化、平滑、灰度方面的处理） ，通过一种新的高
20、斯噪声处理方法，提高噪声的处理能力，实现对图像的像质改善、图像分析、图像重建；最终将处理后的图像以及有关的图像参数信息以图、表的形式实时保存并反馈至计算机屏幕； 能够在实际使用中实时监测外部环境的非光学因素（如温度，湿度，空气密度等对光的传播有影响的因素）变化，并自动改变图像处理中的相应参数，降低外部环境对干涉信息的影响，进一步提高干涉信息的准确性；该装置究将主要从以下几个部分开始研究： 图像采集装置的建设。主要包括：对采集器的选择，选择具有高精度的图像采集器，在图像采集过程中的，最大限度地保证采集图像的真实性；对采集光路的设计与制造，采用非接触法通过采集器实现干涉图像的实时采集与传输。最终设
21、计出一种满足各种工业检测、监控及学生实验需求的图像采集装置。 图像处理软件的建设。通过新的定义软件结构，设计出具有自我成长能力的处理软件，能够以本身的数据库为基础，在实际对图像处理的同时，不断扩充自身的数据库，实现软件的自我完善，满足对各种不同干涉图像的处理需求。 重点研究对图像主要信息的提取与对高斯噪声的处理方法。设计一种新的高斯噪声组合滤波方法，利用新的滤波模板，以更加优化的组合方式在维纳滤波和形态学滤波的基础上将图像滤波与小波增强有效结合，通过定义新的维纳滤波模板进行预处理，再利用新的形态学滤波模板进一步处理，并将利用小波系数重构图像，最后设计一种新的小波增强函数，对图像高斯噪声进行全面
22、处理，提高图像的清晰度，保留图像细节信息，最终实现对图像重要参数的提取与整合； 实时监控能力的建设。利用现有环境检测设备，设计一种辅助环境检测装置，该装置对将与处理软件有机结合，能够精确测定外界环境的变化，并将变化参数反馈至处理软件，通过处理软件改变处理函数的相应参数，达到最佳的处理效果； 数据、图像的反馈。主要实现在计算机上对处理后数据、图像的实时整合、显示与记录，为干涉信息的后续使用与研究提供精确的信息支持；六、项目的特色与创新之处本项目的特色与创新之处体现在： 非接触式设计的采用。通过以 CCD 摄像头为主的采集设备，有目的地实现无干扰式采集，最大限度地保证采集对象的真实性，实现采集过程
23、的针对性、灵活性、准确性； 自适应型干涉效应函数库的建立。提出一种智能函数库的概念，能够以本身的数据库为基础，在实际使用中能不断自动扩充自身的数据库，达到自主学习，自我完善的目的，提高图像处理的灵活性，实现处理软件的智能化，是一种软件设计理念上的跨越； 新的高斯噪声组合滤波方法的采用。定义新的组合式高斯噪声滤波方法，设计新的滤波模板，将多种滤波方式有机地结合，进一步提高软件对高斯噪声的去除能力，实现了技术方法上的改进； 可视度与观赏性的增强。通过人性化设计，简化操作程序，解放人力资源，提高实验效率与质量，降低干涉仪器对人体视力的损伤；七、计划进度安排研发前期（2011.12.012011.12
24、.30）查阅资料，购买书籍，向老师请教、咨询，制定具体的项目研究方案，并对原有的方案进行修改；选购材料以及系统装置的主要配件，器材，并对器材进行熟悉，调试；对小组成员进行进一步分工，将具体工作落实到个人，使成员各尽其能，使有限的人力资源发挥出最大的作用。研发中期（ 2012.01.012012.09.20）对采集装置的光路设计，采集装置的搭配，与计算机的连接进行具体地研究与设计，并对其效果进行调试与评定；集中人力对图像处理软件进行设计研发，并参照相应的图像处理软件，对本软件进行优化，最终实现图像的优质处理；抽出部分人员开始对监控系统进行研究，当图像处理软件完成后，开始对监控系统进行全面攻关；对
25、软件接口与计算机显示界面进行全面设计，重点设计图像处理软件与计算机的接口以及计算机界面的分配与显示形式。将采集装置与计算机以及图像处理软件、监控系统进行整合调试，发现问题，寻找最优方案；研发后期（2012.09.12-2012.10.30） 将进行一系列地试验运行，检验装置的性能；将装置投放至可用于工业检测，监控以及学生试验的单位，进行使用体验，并制作用户调查表；重点调查市场行情，将本装置推向市场。结题阶段（2012.11.012012.11.30）撰写研究论文和总结报告，准备结题答辩。八、经费预算（含配套经费）（支出项目按以下类别填写：资料费、调研费、实验费、会议费、论文发表费以及购买实验耗
26、材和其他费用）序号 支出项目 预算金额（元） 测算依据1 资料费 3073 文献查询、购买书籍、复印、网络费、光盘资料费、邮费等2调研费 2000在附近中学，河北科技师范学院，东北大学秦皇岛分校等大学调查干涉实验装置现状及对试验装置的期望。3 实验材料费8016实验器材，硬件设施：CCD 图像传感器：2 个；芯片：2 个；图像采集卡： 两个；分光镜若干个。4 会议费及论文发表费 2000 参加会议，在国内学术期刊发表论文版面费；5 装置推广费用 2000 对外宣传、试用推广，包括广告费，产品包装费等6 其他 2000 用于机动资金合 计 19089九、项目研究预期成果1. 发表 1 篇相关学术论文；2. 编写干涉图像的辅助采集与处理系统软件，并申报软件著作权登记 1 项；3. 建立一套干涉条纹实时采集与处理系统装置。十、指导教师意见本组同学能诚实做人，认真做事；虚心学习，耐心询问；互帮互助，共同进步。他们是一支学习型兼研究型的创新团队，他们已做了对该项目的启动研究。另：该项目需求形势迫切，立项依据清晰，研究内容明确，实施方法得当，同时兼具创新与实用双重属性，具有一定的广度和深度。签名：年 月 日十一、院（系）评审专家意见专家组组长签名： 专家签名：年 月 日十二、院（系）领导小组意见组长签名： 公章：年 月 日十三、学校评审专家意见专家组组长签名： 专家签名：年 月 日
