1 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京100192
2 北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京100192
3 北京航天发射技术研究所, 北京100076
激光光斑中心的准确定位对共焦显微系统有着重要作用。为了提高光斑中心定位的准确性, 设计了一种基于OpenCV的高精度光斑中心定位检测方法。首先对采集到的光斑图像进行降噪滤波, 再通过聚类分析, 筛选连通域排除粗大误差, 然后对目标连通域边缘进行形态学处理, 最后将边缘数据拟合成椭圆定位光斑中心。仿真与实验结果表明：该方法与其他传统光斑中心定位方法相比, 具有小于0.1 pixel的亚像素级定位精度, 检测结果更稳定, 是一种高精度的光斑中心定位方法。
共焦显微系统 光斑中心定位 滤波降噪 聚类分析 形态学 confocal microscope system spot center positioning filtering and noise reduction cluster analysis morphology
1 广州珠江电力有限公司, 广东 广州 511457
2 华南理工大学电力学院, 广东 广州 510640
3 广东省能源高效清洁利用重点实验室, 广东 广州 510640
4 广东省能源高效低污染转化与工程技术研究中心, 广东 广州 510640
为了实现低浓度 NO 的高灵敏检测, 选用中心波长位于 5.18 μm 的量子级联激光器 (QCL) 和光程为 25 cm 的单光程气体池, 设计并搭建了 NO 的可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS) 检测系统。为降低系统噪声的影响, 以提高 NO 的检测灵敏度, 并降低检测下限, 研究了对波长调制光谱 (WMS) 的二次谐波 (2f) 信号进行滤波降噪的经验模态分解 (EMD) 算法, 识别并去除被检测信号中隐藏的高频噪声和光学条纹, 并与其他几种常用的滤波方法对 2f 信号的降噪效果进行了比较。在此基础上开展了NO连续监测实验, 采用 Allan 方差分析比较了EMD滤波降噪前后系统的稳定性和检测下限。研究结果表明: EMD 降噪后检测系统的响应线性度达到 0.999; 体积浓度为 30×10-6 的 NO 检测浓度波动范围由 29.424×10-6～33.184×10-6 缩小至 29.585×10-6～31.273×10-6, 相对误差范围由 0.17%m10.61% 降低至 0～4.24%; 在 1.5 s 的平均时间内, 系统检测下限由 653×10-9 降至 442×10-9 ; 在最佳平均时间下, 系统检测下限由 272.7×10-9 降至 185.5×10-9 , 证明了此方法可以有效提高检测系统的 NO 检测准确度、灵敏度, 进一步降低了检测下限。
光谱学 滤波降噪 经验模态分解 低浓度 NO Allan 方差 spectroscopy filtering and noise reduction empirical mode decomposition low NO concentration Allan variance
