CN103927536B - 一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法 - Google Patents

一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)通过测量得到轴对称光斑的部分图像的灰度分布I(x，y)；(2)随机选取光斑图像上任意两个点，计算得到通过这两个点的直线；(3)计算该直线上灰度变化率为零的点及过该点直线的垂线；(4)随机选取光斑图像上2N个点，其中至少有一个点不同于步骤(2)中所选的点，N大于等于1，重复步骤(2)和(3)，将得到的垂线方程联立成方程组；(5)采用最小二乘方法解该方程组，得到光斑中心的位置(x0，y0)。本发明通过随机选取少量点对光斑中心进行快速定位，实时性好，存储量小，易于硬件实现。

Description

一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法
【技术领域】
本发明涉及一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法，属于图像处理领域。
【背景技术】
由于激光具有方向性好、发散度小等特性，因此被广泛应用于航空航天、武器系统以及光学测量和检测仪器中，而光斑中心的准确定位直接决定了测量精度的高低。在一定的测量视场中，提高系统测量精度最直接的方法就是提高CCD的分辨率，即增加像素点阵数。然而，这种提高硬件分辨率的代价非常昂贵，所以，通过软件处理提高图像中目标的定位精度成为光学测量、数字图像处理中的重要技术。在计算机视觉和模式识别领域已经有大量相关的工作来研究光斑中心的定位问题。
目前，比较常用的光斑中心定位算法有重心法、圆拟合法、Hough变换法、空间矩法等，但对于不同形状、大小的光斑，这些算法在检测精度、速度和抗干扰性上都存在一定的不足。重心法要求光斑形状比较规则、背景灰度值较小且目标灰度值较高，否则会产生较大的误差；Hough变换法是图像空间和参数空间之间的一种变换，进而对每一个轮廓点在三维参数空间内逐点投票、记录，故花费时间较长，占用计算机存储量也较大，测量精度也因参数空间离散化而受到影响，因此在实用中受到了限制；圆拟合法根据最小二乘原理用圆来逼近光斑轮廓，容易受二值化阈值的影响，选择不同的阈值时得到的中心偏差比较大且抗干扰性能差，当存在随机噪声时中心运算精度会明显降低；空间矩法虽然运算精度较高，但要求光斑边缘为理想二级边缘，在实际光线复杂变化的情况下难以实现。
【发明内容】
本发明针对轴对称分布的光斑的部分图像，提出一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法。通过随机选点的方式对光斑中心进行快速定位，实时性好，存储量小，便于硬件实现。
本发明所提出的一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法，包括下述步骤：
步骤一：通过测量得到轴对称光斑的部分图像的灰度分布I(i，j)；
步骤二：随机选取光斑图像上任意两个点M1(xm1，ym1)、N1(xn1，yn1)，其中x表示横坐标，y表示纵坐标，计算得到通过这两个点的直线l1；
步骤三：计算直线l1上灰度变化率为零的点P1(xp1，yp1)及过该点直线l1的垂线
步骤四：随机选取光斑图像上2N个点，其中至少有一个点不同于步骤二中所选的点，N大于等于1，重复步骤二和三，将得到的垂线方程联立成方程组；
步骤五：采用最小二乘方法解该方程组，得到光斑中心的位置(x0，y0)。
本发明给出的一种光斑图像中心的快速定位方法，其优点及功效在于：与常用的重心法和Hough变换法相比，本发明随机选取少量点即可完成计算，提高了计算速度，减少硬件资源使用，易于硬件实现。
【附图说明】
附图1所示为典型的轴对称的光斑图像。
附图2所示为典型的光强分布图。
附图3所示为对无噪声光斑图像进行中心定位的仿真结果。
附图4所示为对信噪比为60dB的光斑图像进行中心定位的仿真结果。
附图5所示为对光斑中心大大偏离图像中心的图像进行中心定位的仿真结果。
【具体实施方式】
本发明，即一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法，包括下述步骤：
步骤一：通过测量得到轴对称光斑的部分图像的灰度分布I(i，j)；
步骤二：随机选取光斑图像上任意两个点M1(xm1，ym1)、N1(xn1，yn1)，其中x表示横坐标，y表示纵坐标，计算得到通过这两个点的直线l1；
步骤三：计算直线l1上灰度变化率为零的点P1(xp1，yp1)及过该点直线l1的垂线
步骤四：随机选取光斑图像上2N个点，其中至少有一个点不同于步骤二中所选的点，N大于等于1，重复步骤二和三，将得到的垂线方程联立成方程组；
步骤五：采用最小二乘方法解该方程组，得到光斑中心的位置(x0，y0)。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
获取的光斑图像通常如附图1所示，典型的光强分布如附图2所示。从光斑图像获得的灰度分布为I(x，y)，随机选取光斑图像上10个点，记为Mi(1≤i≤10)，其坐标表示为(xi，yi)，其中x表示横坐标，y表示纵坐标。分别计算通过M1和M2的直线l1，M3和M4的直线l2，M5和M6的直线l3，M7和M8的直线l4，M9和M10的直线l5
计算直线l1上灰度变化率为零的点直线l2上灰度变化率为零的点直线l3上灰度变化率为零的点直线l4上灰度变化率为零的点直线l5上灰度变化率为零的点再分别计算通过N1点直线l1的垂线k1，通过N2点直线l2的垂线k2，通过N3点直线l3的垂线k3，通过N4点直线l4的垂线k4，通过N5点直线l5的垂线k5
采用最小二乘方法求解上述中垂线方程组，得到光斑中心的位置(x0，y0)，如附图3所示。
通常情况下，探测到的图像会存在一定的噪声，当探测得到的图像的信噪比为60dB时，计算得到的光斑中心位置如附图4所示。当光斑中心在边缘位置时，计算得到的光斑中心如附图5所示。
以上对本发明及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本发明的实施方式之一。在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造地设计出与该技术方案类似的结构或实施例，均属本发明保护范围。

Claims (1)

1.一种基于导数法的光斑图像中心的快速定位方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一：通过测量得到轴对称光斑的部分图像的灰度分布I(i，j)；
步骤二：随机选取光斑图像上任意两个点M1(xm1，ym1)、N1(xn1，yn1)，其中x表示横坐标，y表示纵坐标，计算得到通过这两个点的直线l1；
步骤三：计算直线l1上灰度变化率为零的点P1(xp1，yp1)及过该点直线l1的垂线
y + ( x n 1 - x m 1 y n 1 - y m 1 ) x = y p 1 + ( x n 1 - x m 1 y n 1 - y m 1 ) x p 1 - - - ( 1 )
步骤四：随机选取光斑图像上2N个点，其中至少有一个点不同于步骤二中所选的点，N大于等于1，重复步骤二和三，将得到的垂线方程联立成方程组；
步骤五：采用最小二乘方法解该方程组，得到光斑中心的位置(x0，y0)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104318235B (zh) * 2014-10-24 2017-06-16 南京大学 一种基于灰度分布建模的光斑中心提取方法及装置
CN111383260B (zh) * 2020-03-15 2023-05-23 北京航空航天大学 应用于可见光模态的自适应激光信息高速检测处理方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102496015A (zh) * 2011-11-22 2012-06-13 南京航空航天大学 二维高斯分布光斑图像中心快速高精度定位方法
CN103093223A (zh) * 2012-12-10 2013-05-08 北京航空航天大学 一种光斑图像中心的快速定位方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102496015A (zh) * 2011-11-22 2012-06-13 南京航空航天大学 二维高斯分布光斑图像中心快速高精度定位方法
CN103093223A (zh) * 2012-12-10 2013-05-08 北京航空航天大学 一种光斑图像中心的快速定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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全向激光告警系统中激光光斑精确定位方法;应家驹 等;《电光与控制》;20091231;第16卷(第12期);第53-56页 *

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