文档介绍：塞曼效应计算机辅助软件设计论文
本论文所述的是塞曼效应实验辅助分析应用软件,可实现塞曼效应现象分裂谱线的观察,计算机图像采集、图像保存、实验数据测量和实验数据处理等多项功能。
目前塞曼效应实验数据测量和分析有两种方式:
第一种是目前大多数同类产品采用的三点定圆法,利用计算机进行塞曼效应实验分析,这种方法是目前比较普遍的实验方法。D摄像头将干涉圆环图像传送到计算机中,然后通过三点定圆法进行实验数据测量。使用这种方法直观,简单易操作,但实验时由于电脑显示器显示性能,显示器的显示比例,实验者的主观判断误差等因素的影响,测量数据的随机误差也将比较大。
另一种是光学多道法,这种方法是目前比较先进的光谱检测手段。D摄像头测量光谱的装置上,不用更改任何的硬件设备,可实现光学多道法检测光谱。首先利用数字图像处理技术增强干涉图像的清晰度,然后利用Hough变换自动捕获圆环和获取实验数据。采用这种法测量数据,测量重复性较好,实验效率高,可以减小实验过程中的随机测量误差。用这种方法计算出的波数差为56. 23 m-',荷质比为1. 7654x10" C/kg。与理论值相比,荷质比和波数差的相对误差约为0. 28%,优于现在实验中广泛使用的三点定圆法。
D采集的分裂谱线图像(24 bit色,BMP格式,640x480像素)进行处理,再利用Hough变换(霍夫变换)提取干涉圆环条纹特征信息,达到方便实验操作,提高实验数据的精度和效率。最后利用微软的Microsoft Visual Studio2010和Microsoft Visual C++ ,开发,调试Windows应用程序。使用AdvancedInstaller工具制作软件安装包,通过向导创建软件安装包程序。
关键词:塞曼效应实验;光学多道法;数字图像处理;Hough变换
绪论
塞曼效应
1896年荷兰物理学家塞曼发现把光源置于足够强的磁场中,在磁场的作用下一条谱线会分裂成多条谱线的现象,称为塞曼效应。塞曼效应也是物理学史上一个非常著名的实验。在1902年洛仑兹和塞曼因这一伟大的发现共同获得了物理学诺贝尔奖。
塞曼效应也是法拉第磁效致旋光效应以后发现的又一个磁光效应。这一现象的发现有力的支持了光的电磁理论,证明了原子是具有空间取向量子化和磁矩。这使物理学家对物质的光谱、分子、原子等有了更多的了解,尤其是及时的获得了洛仑兹的理论方面的解释,塞曼效应现象更受物理学家的重视,被称为继X射线之后物理学史上最重要的发现之一。
塞曼效应实验目的是观察和学****塞曼效应谱线分裂现象,研究波长为546. 074 nm谱线在磁场中的谱线分裂情况,测量电子的荷质比和各分裂线的波数差,
研究光在平行磁场方向和垂直于磁场方向传播分裂线的偏振态,分析磁感应强度对分裂线的影响等。
D摄像头采集图像的基础上,通过运用计算机数字图像处理技术对塞曼效应得到的图像进行灰度变换、图像二值化、消除噪声、条纹细化等几个过程的预处理,然后再利用Hough变换的方法寻找圆心然后计算圆环直径。经过计算机图像处理优化后的图像,解决了条纹模糊问题,实验过程中提高了测量精度,效果较好。
D摄像头采集图像的基础上,在传统的测量方法上通过运用计算机数字图像处理对其加以改进,设计光学多道法测量方法、干涉图像圆环自动获取和计算结果等功能。
(1)塞曼效应实验
讨论塞曼效应实验原理以及塞曼效应实验仪器装置。如何通过实验测定电子的核质比和波数差。
(2)数字图像处理
D采集干涉图像并保存成为BMP格式的图像,打开并显示原始图像然后对原始图像进行改善处理。本文系统地研究图像增强技术中的各种处理方法,例如图像增强、灰度变换,消除本地噪声等处理方法。
(3) Hough变换检测圆环
在图像处理中提取出人们有用的图像信息。通过一些方法将图像的像素变为黑、白两种,也就是将图像场景分为“目标图像”和“非目标图像”两类,这样的图像分割称为图像的二值化。研究数学形态学的基本操作,对二值图像的处理,图像条纹细化的方法。利用Hough变换检测圆的基本理论和思想,并应用于检测光谱图像的圆环,获取直径和圆心。
(4) Windows软件设计
上位机软件开发使用Microsoft Visual Studio 2010工具,在此开发环境下创建,开发,调试上位机程序。使用Advanced Installer工具通过向导创建软件安装包程序。
塞曼效应实验概述
将发光的光源放在强磁场中时,每条光谱谱线在强磁场的作用下分裂成波长很接近的几条偏振化的谱线,分裂谱线的条数随能级的类别不同而不同,这种现象称为塞曼效应。正常的塞曼效应谱线分裂成三条