CN107870323A - 去抖动方法及装置 - Google Patents

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杨勇
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Abstract

本发明提供了一种去抖动方法及装置，涉及激光测距领域。所述去抖动方法包括：获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置‑光强曲线斜率；基于所述多组相邻像素点的位置‑光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围；获取所述光斑有效范围的重心位置。本发明提供的方法及装置以光斑范围内像素点的位置‑光强曲线斜率作为标准来确定光斑的有效范围，再通过计算光斑有效范围的重心来定位真实像素位置，能够有效解决激光三角测距中由于激光光斑不稳定导致的计算结果抖动以及测量不准确的问题。

Description

去抖动方法及装置
技术领域
本发明涉及激光测距领域，具体而言，涉及一种去抖动方法及装置。
背景技术
激光测距(Laser Distance Measuring)是以激光器作为光源进行测距。激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业，而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，被广泛运用于各种测量领域。
作为一种常用的激光测距方法，利用激光三角测距的激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，反射回来的光束在光电探测器上形成一个激光光斑，通过获取该激光光斑的偏移量即可计算出从观测者到目标的距离。
因此，在激光三角测距法中，对于发射光线经被测物体反射后，在CCD检测器上的形成的光斑位置的测量是非常重要的，通过光斑位置才能计算偏移量，进而算出与被测物体的距离。
然而，现有的三角激光雷达采用检测光斑的重心来计算像素位置，由于激光光斑的不稳定性，导致该方法计算出来的像素位置抖动比较大，因此在抖动前后测得的距离变化也比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去抖动方法及装置，其能够有效改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种去抖动方法，所述方法包括：获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率；基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围；获取所述光斑有效范围的重心位置。
第二方面，本发明实施例还提供了一种去抖动装置，其包括斜率模块，用于获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率；筛选模块，用于基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围；重心模块，用于获取所述光斑有效范围的重心位置。
本发明实施例提供的去抖动方法及装置，首先在采集到的光斑范围内获取多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，来获得光斑范围内的各像素点光强随位置的变化率的分布趋势；再基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，并根据预设规则选取光斑有效范围，可依据光斑范围内的各像素点光强随位置的变化率分布趋势来选取抖动最小即光斑质量最佳的光斑有效范围；最后通过获取所述光斑有效范围的重心位置，来确定所述光斑有效范围内真实的中心像素点，以完成激光光斑的精确定位。相对于现有技术，本发明实施例提供的去抖动方法及装置，以光斑范围内像素点的位置-光强曲线斜率作为标准，来确定抖动最小即光斑质量最好的光斑有效范围，再通过计算光斑有效范围的重心来定位真实像素位置，其操作方便且结果可靠，能够有效解决激光三角测距中由于激光光斑不稳定导致的计算结果抖动以及测量不准确的问题，提高激光三角测距的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为一种可应用于本发明实施例中的电子设备的结构框图；
图2为本发明第一实施例提供的去抖动方法的流程框图；
图3为本发明第一实施例中步骤S200的子步骤流程框图；
图4为本发明第一实施例中步骤S210的子步骤流程框图；
图5为本发明第一实施例中步骤S220的子步骤流程框图；
图6为本发明第一实施例提供的步骤S600的流程框图；
图7为本发明第二实施例提供的去抖动装置的结构框图；
图8为本发明第二实施例提供的斜率模块的结构框图；
图9为本发明第二实施例提供的筛选模块的结构框图；
图10为本发明第二实施例提供的重心模块的结构框图；
图11为本发明第二实施例提供的另一种去抖动装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1示出了一种可应用于本申请实施例中的电子设备100的结构框图。如图1所示，电子设备100可以包括存储器110、存储控制器120、处理器130、显示屏幕140和去抖动装置。例如，该电子设备100可以为个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。
存储器110、存储控制器120、处理器130、显示屏幕140各元件之间直接或间接地电连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间可以通过一条或多条通讯总线或信号总线实现电连接。所述去抖动方法分别包括至少一个可以以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器110中的软件功能模块，例如所述去抖动装置包括的软件功能模块或计算机程序。
存储器110可以存储各种软件程序以及模块，如本申请实施例提供的去抖动方法及装置对应的程序指令/模块。处理器130通过运行存储在存储器110中的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本申请实施例中的去抖动方法。存储器110可以包括但不限于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(ReadOnly Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。
处理器130可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本发明实施例中所应用的电子设备100为实现去抖动方法，还可以具备自显示功能，其中的显示屏幕140可以在所述电子设备100与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。例如，可以显示去抖动装置采集的光斑图像以及曲线斜率、重心计算结果等数据。
在介绍本发明的具体实施例之前首先需要说明的是，本发明是计算机技术在激光测距领域的一种应用。在本发明的实现过程中，会涉及到多个软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明，凡本发明申请文件提及的软件功能模块均属此范畴，申请人不再一一列举。
第一实施例
请参照图2，本实施例提供了一种去抖动方法，应用于去抖动装置，所述方法包括：
步骤S200：获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率；
本实施例中，该去抖动方法可用于激光雷达或普通激光测距仪等设备，特别的，还可以应用于可移动机器人上安装的激光测距设备。所述光斑范围可以是在实施本方法就从光电探测元件上采集到的原始光斑的范围，也可以是将原始的光斑进行图像处理后获得的更为精确(具有测量意义)的光斑范围。
可以理解的是，所述光斑范围由一排多个像素点组成，每个像素点在光斑范围内都具有一个相对位置坐标以及光强参数，以像素点的位置作为横坐标，以像素点的光强作为纵坐标，即可在直角坐标系中建立能够表征光斑范围内像素点光强分布的位置-光强曲线。
在所述位置-光强曲线上，获取多组相邻像素点的斜率，即可获取所述光斑范围内的像素点光强变化率的分布。可以理解的是，所述多组相邻像素点，可以是包括所述光斑范围内的全部像素点，也可以仅仅包括所述光斑范围内的部分像素点。
步骤S210：基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围；
本实施例中，通过上述步骤获取的所述光斑范围内的像素点光强变化率的分布，即可从该光强变化率分布中找到光强变化最明显的像素位置，并通过此位置来选取光斑质量最好的光斑有效范围。
由于激光光斑本身的不稳定，其光强分布可能随时间抖动变化，导致在被测量物体位置不变的情况下，根据现有方法确定的光斑中心产生变化，且变化幅度较大，导致测量不到准确的光斑中心位置，进而无法准确测量到物体的距离。
而在本实施例中，通过步骤S210可以将用于定位的光斑有效范围缩小到光斑中光强最大处的附近，而激光光斑中光强最大处为光斑的中心，其光斑质量通常较好，不易发生抖动，因此该光斑有效范围内的像素点光强分布更加稳定，更具有测量意义，能够避免在光斑边缘由于抖动产生的部分亮点的影响。
步骤S220：获取所述光斑有效范围的重心位置。
本实施例中，通过计算上述步骤获取的光斑质量较好的光斑有效范围的重心位置，即可获得激光光斑的真实中心位置，即能够准确反映与物体距离的像素点位置。可以理解的是，所述光斑有效范围的重心位置，指的是所述光斑有效范围内的光强分布的中心位置。
请参照图3，本实施例中，进一步的，所述步骤S200可以包括如下子步骤：
步骤S300：获取光斑范围内所有像素点的位置和光强；
本实施例中，所述光斑范围内具有多个像素点，每个像素点具有一个相对位置坐标以及光强参数。
步骤S310：基于所述所有像素点的位置和光强，建立位置-光强曲线；
本实施例中，通过获取所述像素点的位置和光强，并以像素点的位置作为横坐标，以像素点的光强作为纵坐标，即可在直角坐标系中建立能够表征光斑范围内像素点光强分布的位置-光强曲线。
步骤S320：获取所述位置-光强曲线上的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率。
本实施例中，在所述位置-光强曲线上，获取多组相邻像素点的斜率，即可获取所述光斑范围内的像素点光强变化率的分布。
具体的，通过下式对相邻两个像素点的斜率进行计算：
其中，Xi和Xi+1分别为两个相邻像素点的位置，Yi和Yi+1分别为两个相邻像素点的光强，Ki为这两个相邻像素点的斜率。
请参照图4，本实施例中，进一步的，所述步骤S210可以包括如下子步骤：
步骤S400：从所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率中，选取最大斜率对应的上升组像素点以及最小斜率对应的下降组像素点；
本实施例中，在经过上一步骤获取的所有相邻像素点的所述位置光强曲线斜率中，选取最大斜率对应的上升组像素点以及最小斜率对应的下降组像素点，即可获取所述位置-光强曲线上的光强变化最明显的上升沿和下降沿。可以理解的是，所述位置-光强曲线上的光强变化最大的上升沿和下降沿之间，即为光斑质量最好的光斑中心范围。
步骤S410：从所述上升组像素点以及所述下降组像素点中，选取位置相距最远的两个像素点作为有效边界，并将所述位置相距最远的两个像素点之间的范围作为光斑有效范围。
本实施例中，所述上升组像素点以及所述下降组像素点之间为光斑质量最好的光斑中心范围，将所述上升组像素点以及所述下降组像素点中相距最远的两个像素点筛选出来，即将位置-光强曲线的上升沿的起点与下降沿的终点筛选出来作为光斑有效范围的边界，并将这两个像素点之间的所有像素点作为光斑有效范围，以便于后续的重心计算。
请参照图5，本实施例中，进一步的，所述步骤S220可以包括如下子步骤：
步骤S500：通过加权重心算法获取所述光斑有效范围的重心位置。
本实施例中，可以通过加权重心算法计算所述光斑有效范围的重心位置。
具体的，可以通过下式计算所述光斑有效范围的重心位置：
其中，n为上述步骤获取的位置-光强曲线的上升沿的起点，m为位置-光强曲线的下降沿的终点，[n，m]即为所述光斑有效范围的像素位置区间；Yi为i点的光强，X为所述光斑有效范围的重心位置。
通过对所述光斑有效范围内的像素点光强进行加权平均，可以计算出所述光斑有效范围内的光强分布的中心位置，即所述光斑有效范围的重心位置。
请参照图6，本实施例中，进一步的，在所述步骤S200之前还可以包括如下步骤：
步骤S600：通过预设阈值确定光斑范围。
本实施例中，在通过光电探测元件采集到原始的光斑图像后，可以先通过设定一个预设阈值对所述原始的光斑图像进行处理，筛选出具有测量意义的部分作为步骤S200中的光斑范围。具体的，所述预设阈值可以是以光强阈值，所述原始的光斑图像中，从外到内光强低于该预设阈值的像素点被消除，最后确定具有测量意义的光斑范围。
本实施例提供的去抖动方法，以光斑范围内像素点的位置-光强曲线斜率作为标准，来确定抖动最小即光斑质量最好的光斑有效范围，再通过加权重心算法计算光斑有效范围的重心，以定位真实像素位置，其操作方便且结果可靠，能够有效解决激光三角测距中由于激光光斑不稳定导致的计算结果抖动以及测量不准确的问题，提高激光三角测距的测量精度。
第二实施例
请参照图7，本实施例提供了一种去抖动装置700，其包括：
斜率模块710，用于获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率；
筛选模块720，用于基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围；
重心模块730，用于获取所述光斑有效范围的重心位置。
请参照图8，本实施例中，进一步的，所述斜率模块710还可以包括如下单元：
像素单元711，用于获取光斑范围内所有像素点的位置和光强；
曲线单元712，用于基于所述所有像素点的位置和光强，建立位置-光强曲线；
斜率单元713，用于获取所述位置-光强曲线上的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率。
请参照图9，本实施例中，进一步的，所述筛选模块720还可以包括如下单元：
筛选单元721，用于从所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率中，选取最大斜率对应的上升组像素点以及最小斜率对应的下降组像素点；
边界单元722，用于从所述上升组像素点以及所述下降组像素点中，选取位置相距最远的两个像素点作为有效边界，并将所述位置相距最远的两个像素点之间的范围作为光斑有效范围。
请参照图10，本实施例中，进一步的，所述重心模块730还可以包括如下单元：
加权单元731，用于通过加权重心算法获取所述光斑有效范围的重心位置。
请参照图11，本实施例中，进一步的，所述去抖动装置700还可以包括如下模块：
阈值模块740，用于通过预设阈值确定光斑范围。
综上所述，本发明实施例提供的去抖动方法及装置，首先在采集到的光斑范围内获取多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，来获得光斑范围内的各像素点光强随位置的变化率的分布趋势；再基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，并根据预设规则选取光斑有效范围，可依据光斑范围内的各像素点光强随位置的变化率分布趋势来选取抖动最小即光斑质量最佳的光斑有效范围；最后通过获取所述光斑有效范围的重心位置，来确定所述光斑有效范围内真实的中心像素点，以完成激光光斑的精确定位。相对于现有技术，本发明实施例提供的去抖动方法及装置，以光斑范围内像素点的位置-光强曲线斜率作为标准，来确定抖动最小即光斑质量最好的光斑有效范围，再通过计算光斑有效范围的重心来定位真实像素位置，其操作方便且结果可靠，能够有效解决激光三角测距中由于激光光斑不稳定导致的计算结果抖动以及测量不准确的问题，提高激光三角测距的测量精度。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种去抖动方法，其特征在于，所述方法包括：
获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率；
基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围；
获取所述光斑有效范围的重心位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，包括：
获取光斑范围内所有像素点的位置和光强；
基于所述所有像素点的位置和光强，建立位置-光强曲线；
获取所述位置-光强曲线上的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围，包括：
从所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率中，选取最大斜率对应的上升组像素点以及最小斜率对应的下降组像素点；
从所述上升组像素点以及所述下降组像素点中，选取位置相距最远的两个像素点作为有效边界，并将所述位置相距最远的两个像素点之间的范围作为光斑有效范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述光斑有效范围的重心位置，包括：
通过加权重心算法获取所述光斑有效范围的重心位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率之前，所述方法还包括：
通过预设阈值确定光斑范围。
6.一种去抖动装置，其特征在于，所述装置包括：
斜率模块，用于获取光斑范围内的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率；
筛选模块，用于基于所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率，根据预设规则选取光斑有效范围；
重心模块，用于获取所述光斑有效范围的重心位置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述斜率模块包括：
像素单元，用于获取光斑范围内所有像素点的位置和光强；
曲线单元，用于基于所述所有像素点的位置和光强，建立位置-光强曲线；
斜率单元，用于获取所述位置-光强曲线上的多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述筛选模块包括：
筛选单元，用于从所述多组相邻像素点的位置-光强曲线斜率中，选取最大斜率对应的上升组像素点以及最小斜率对应的下降组像素点；
边界单元，用于从所述上升组像素点以及所述下降组像素点中，选取位置相距最远的两个像素点作为有效边界，并将所述位置相距最远的两个像素点之间的范围作为光斑有效范围。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述重心模块包括：
加权单元，用于通过加权重心算法获取所述光斑有效范围的重心位置。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
阈值模块，用于通过预设阈值确定光斑范围。
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