[发明专利]一种冰芯光学特性重构仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，特别是涉及一种冰芯光学特性重构仪及方法。

背景技术

目前，国外已经研制出多套冰芯光学测定仪。日本在2003年就已经研制出了一套冰芯光学测定仪，该冰芯光学测定仪被应用于Dome Fuji ice core projectII。该光学测定仪的扫描速度在5mm/s左右，测量的冰芯样品长度1.5米，整条冰芯扫描下来用时6分钟左右。美国国家冰芯实验室在2007年也研制出了一套冰芯光学测定仪。该冰芯光学测定仪的扫描分辨率为0.05mm到1mm。具有自动光学图像采集和数据处理的功能。然而，这些设备不能够抵抗极地的恶劣环境，只能在实验室使用。无法让科研人员在第一时间保存冰芯的原始信息。

国内光学影相技术研究在极地科研领域起步较晚。国内的光学影像仪应用于冰芯检测领域几乎没有成熟产品，而且目前的冰芯光学测定仪不能够抵抗极地的恶劣环境，只能在实验室使用，无法让科研人员在第一时间保存冰芯的原始信息。

发明内容

基于此，本发明提供了一种冰芯光学特性重构仪，包括电源、主控机、电机驱动器、步进电机、工业相机、图像处理器、光学分析器、恒温箱和发光台，其中，所述电源为所述主控机、电机驱动器、恒温箱和发光台供电；所述主控机控制工业相机对冰芯拍摄照片和向电机驱动器发送运动指令；所述发光台对工业相机拍摄冰芯照片时对冰芯照射；所述电机驱动器根据接收到的运动指令对步进电机的前进、后退和停止进行控制，从而实现对工业相机拍摄位置的控制；所述工业相机、图像处理器和光学分析器依次连接，对工业相机拍摄到的冰芯照片进行图像拼接及光学分析。

优选地，还包括工作台，所述工作台上设置电机滑轨，为所述步进电机提供运动线路，所述发光台、工业相机和恒温箱也设置在所述工作台上。

优选地，所述发光台包括LED组。

优选地，所述恒温箱为智能变频恒温箱，所述工业相机和电机驱动器均装在所述恒温箱中。

优选地，所述步进电机为开环工作方式，运动距离为6cm、12cm和16cm，运动速度为0.06m/s。

基于上述目的，本发明还提供了一种冰芯光学特性重构方法，包括以下步骤：

主控机向电机驱动器发送运动指令，使步进电机运动，从而使装载在步进电机上的工业相机运动，到设定位置对冰芯拍照；

在冰芯不同位置拍摄6-8张照片，步进电机运动距离12.5cm完成后，步进电机与工业相机返回初始位置；

对拍摄的6-8张冰芯照片进行图像拼接，得到冰芯全景图；

对冰芯全景图进行光学分析。

优选地，所述步进电机运动速度为0.06m/s。

优选地，所述工业相机对冰芯拍照时，有发光台对冰芯进行照射。

优选地，所述图像拼接包括以下步骤：

图像预处理，将冰芯照片进行非线性拉伸，重新分配像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同，增强局部对比度；

图像匹配区域定位，选择前后照片的40％区域作为图像匹配区域，在相似区域内进行特征点的提取和配准；

图像特征提取，若某像素与其周围邻域内足够多的像素点相差较大，确定该像素为角点；

图像特征匹配，以两个特征点描述符之间的欧氏距离作为特征点匹配的相似度准则，对特征点的欧氏距离最近和次近的两个特征点计算欧氏距离的比值，若小于规定阈值则匹配成功；

图像融合，采用加权平均融合进行图像平滑过渡后无缝拼接。

优选地，所述光学分析，把同一位置的所有像素点的灰度值累加起来计算其平均值，不同的位置代表不同的年代，以此绘制年代-灰度曲线，分析出冰芯的透光度、冰晶体性质。

本发明有益效果至少包括：实现了光学扫描、重建冰芯全景和光学分析的功能。本发明全程自动控制，有效减轻了科研人员的负担；重建后的冰芯全景图分辨率高达7200×1080像素，有效保存了冰芯的细节信息；绘制的距离-灰度值曲线图可以帮助科研人员快速定位冰芯的特征区域。工作稳定可靠，满足科研工作的要求，为冰芯科研工作提供一种便捷高效的现场分析工具。

附图说明

图1为本发明实施例1的冰芯光学特性重构仪的原理框图；

图2为本发明方法实施例1的冰芯光学特性重构方法的步骤流程图；

图3为本发明方法实施例2的冰芯光学特性重构方法的步骤流程图。

具体实施方式