CN108876845B - 菲涅尔纹中心的确定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种菲涅尔纹中心的确定方法和装置，其中，菲涅尔纹中心的确定方法包括以下步骤：获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心；根据所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心。本发明技术方案提高了菲涅尔纹中心确定的可靠性和准确性。

Description

菲涅尔纹中心的确定方法和装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种菲涅尔纹中心的确定方法和装置。

背景技术

随着虚拟现实技术的发展，在虚拟现实设备、包括头戴式显示设备等中，越来越多地使用到菲涅尔透镜。通常，菲涅尔透镜的一面为光滑平面，另一面刻有多个同心圆，同心圆的尺寸以及同心圆之间的距离等参数是根据光的干涉和衍射性质等设计的，以满足一定的光路调节需求。相比普通透镜，菲涅尔透镜具有光学性能优秀、体积小、重量轻、结构紧凑等优点，非常适合应用于小型化、轻量化发展的虚拟现实设备中。在组装及测试菲涅尔透镜的过程中，需要精确确定菲涅尔透镜的菲涅尔纹中心，以优化光路。目前，通常根据直接拍摄的菲涅尔透镜的照片来确定其菲涅尔纹中心，然而，由于拍摄过程中光学环境不理想导致的干扰、以及图像成像过程中产生的噪声、畸变等因素，导致菲涅尔纹中心的确定可靠性较差，甚至不能根据现有的方式得到有效的菲涅尔纹中心，且所确定的菲涅尔纹中心的准确性较差。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种菲涅尔纹中心的确定方法，旨在解决上述菲涅尔纹中心确定不可靠的技术问题，提高确定菲涅尔纹中心的准确性。

为实现上述目的，本发明提出的一种菲涅尔纹中心的确定方法，包括以下步骤：

获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；

获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心；

根据所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心。

优选地，在获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心的步骤之前，所述菲涅尔纹中心的确定方法还包括以下步骤：

对所述成像图像进行光照归一化处理。

优选地，对所述成像图像进行光照归一化处理的步骤包括：

对所述成像图像进行伽马校正处理；

增大所述成像图像的暗区和阴影区的动态范围，并压缩所述成像图像的高光区和亮区；

对所述成像图像进行高斯差分滤波；

均衡所述成像图像的对比度。

优选地，伽马校正处理后所述成像图像中像素的灰阶值p₂与伽马校正处理前所述像素的灰阶值p₁之间满足：

其中，P₀为最大灰阶值，γ为伽马值，所述伽马值γ满足0.05≤γ≤5。

优选地，高斯差分滤波函数f(u,v,σ)满足：

其中，u为像素的横坐标，v为像素的纵坐标，σ为预设标准差，K为预设差分系数。

优选地，获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心的步骤包括：

二值化所述成像图像；

根据所述成像图像中像素的灰阶梯度差，确定所述成像图像中的闭合轮廓；

按照圆曲线拟合所述成像图像中第二预设区域内的所述闭合轮廓，确定所述闭合轮廓的中心位置；

计算两两所述闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各所述闭合轮廓的中心距离均大于第一预设距离的闭合轮廓；

计算保留的所述闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为所述第一中心。

优选地，二值化所述成像图像的步骤包括：

将所述成像图像划分为至少一个子图像域；

计算所述子图像域中，像素的灰阶值的平均值，记为平均灰阶值；

计算所述平均灰阶值减预设偏置灰阶值的差值，作为所述子图像域的自适应阈值；

比对所述子图像域中各像素的灰阶值与该子图像域的自适应阈值；

当所述灰阶值大于所述自适应阈值时，更改所述像素的灰阶值为最大灰阶值；

当所述灰阶值小于或等于所述自适应阈值时，更改所述像素的灰阶值为最小灰阶值。

优选地，在二值化所述成像图像的步骤之后，还包括以下步骤：

对所述成像图像进行形态学滤波，以去除所述成像图像中的孔洞。

优选地，在对所述成像图像进行形态学滤波的步骤之后，还包括以下步骤：

对所述成像图像进行图像细化；

根据所述成像图像，确定窄化后的闭合轮廓。

优选地，根据所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心的步骤包括：

计算所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离；

将所述第一中心与所述像素之间的距离处于预设距离范围之内的所有所述像素，聚类在同一更新后的闭合轮廓中；

根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心。

优选地，根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心的步骤包括：

按照圆曲线拟合所述成像图像中第三预设区域内的更新后的所述闭合轮廓，确定更新后的所述闭合轮廓的中心位置；

计算两两更新后的所述闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各更新后的所述闭合轮廓的中心距离均大于第二预设距离的闭合轮廓；

计算保留的更新后的所述闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为所述第二中心；

其中，所述第一预设区域覆盖所述第三预设区域。

本发明还提出一种菲涅尔纹中心的确定装置，所述菲涅尔纹中心的确定装置包括成像组件、存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的菲涅尔纹中心的确定程序，其中：所述成像组件用以获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；所述菲涅尔纹中心的确定程序被所述处理器执行时，实现菲涅尔纹中心的确定方法的步骤，所述菲涅尔纹中心的确定方法包括以下步骤：获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心；根据所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心。

本发明进一步提出一种虚拟现实设备，所述虚拟现实设备包括菲涅尔透镜和菲涅尔纹中心的确定装置，所述菲涅尔纹中心的确定装置包括成像组件、存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的菲涅尔纹中心的确定程序，其中：所述成像组件用以获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；所述菲涅尔纹中心的确定程序被所述处理器执行时，实现菲涅尔纹中心的确定方法的步骤，所述菲涅尔纹中心的确定方法包括以下步骤：获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心；根据所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心。

本发明技术方案中，菲涅尔纹中心的确定方法包括以下步骤：获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；获取成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第一中心；根据第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心。在本方案中，通过预先根据成像图像的闭合轮廓粗略确定菲涅尔纹中心，即第一中心，进一步根据第一中心重新对成像图像上对应于闭合轮廓的像素进行聚类，将属于同一闭合轮廓(对应于一条菲涅尔纹)的所有像素聚为一类，即为更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，精确确定菲涅尔纹中心，即第二中心，避免由于成像图像分辨率差等问题导致闭合轮廓确定错误时，出现无法确定菲涅尔纹中心或所确定的菲涅尔纹中心偏差过大的情况，以提高确定菲涅尔纹中心的可靠性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第三实施例中步骤S400的细化流程示意图；

图4为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第四实施例中步骤S200的细化流程示意图；

图5为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第五实施例中步骤S210的细化流程示意图；

图6为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第六实施例中步骤S200的细化流程示意图；

图7为图6中处理后的成像图像示意图；

图8为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第七实施例中步骤S200的细化流程示意图；

图9为图8中处理后的成像图像示意图；

图10为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第八实施例中步骤S300的细化流程示意图；

图11为本发明菲涅尔纹中心的确定方法第九实施例中步骤S330的细化流程示意图；

图12为本发明菲涅尔纹中心的确定装置一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种菲涅尔纹中心的确定方法，在根据菲涅尔纹的成像图像粗略确定菲涅尔纹的第一中心之后，根据成像图像中闭合轮廓像素与第一中心之间的距离，对菲涅尔纹重新进行聚类以确定更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓确定其第二中心，作为菲涅尔纹中心，以解决菲涅尔纹中心确定不可靠的问题，提高菲涅尔纹中心的准确性。

在本发明的第一实施例中，如图1所示，该菲涅尔纹中心的确定方法包括以下步骤：

步骤S100、获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；

菲涅尔纹可以通过拍摄菲涅尔透镜得到，为了保证拍摄所得的菲涅尔纹的成像图像尽可能准确反映菲涅尔纹的本来特征，在拍摄过程中，应尽可能正对菲涅尔纹拍摄，以减少图像的畸变，同时施加合适的环境光，以增强成像图像的分辨率，提高成像质量。

步骤S200、获取成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第一中心；

在理想状态下，菲涅尔纹为成像图像中一系列同心圆。然而，在实际情况下，由于菲涅尔透镜本身的结构缺陷以及拍摄过程中可能出现的成像畸变等，菲涅尔纹并非严格的同心圆，但仍然能保持闭合轮廓的形状。通过获取成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一闭合轮廓的中心位置，可以粗略确定菲涅尔纹中心，即菲涅尔纹的第一中心。在一具体示例中，在成像图像质量较高的情况下，为了提高确定菲涅尔纹中心的效率，可以任意选择其中一闭合轮廓，通过确定该闭合轮廓的中心位置得到第一中心。考虑到越远离菲涅尔透镜中心的菲涅尔纹，其本身的结构缺陷或成像畸变可能越大，而越靠近菲涅尔透镜中心的菲涅尔纹，由于对应的像素数目越少，且两两菲涅尔纹之间的距离越近，因此确定中心位置时可能出现的误差越大，综上，可以选择距离菲涅尔透镜中心一定距离范围内的菲涅尔纹，以提高第一中心的准确性。在另一具体示例中，特别是在成像图像质量不理想的情况下，考虑到成像图像中部分闭合轮廓的确定可能会不准确，例如在确定闭合轮廓时，将距离较近的两闭合轮廓错误归为同一闭合轮廓，导致根据该闭合轮廓所确定的第一中心与菲涅尔纹中心之间出现很大的偏差。为了避免上述情况对确定第一中心的不良影响，可以根据多个闭合轮廓的中心位置，确定第一中心，以提高第一中心的可靠性和准确性，后文中还将详细阐述。

步骤S300、根据第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心。

在步骤S200中确定的闭合轮廓可能存在错误，例如，将距离较近的两闭合轮廓错误归为同一闭合轮廓，为了进一步提高菲涅尔纹中心的可靠性和准确性，根据上述确定的第一中心，重新确定成像图像中的闭合轮廓，即重新确定各条菲涅尔纹。考虑到处理效率的优化，以及距离第一中心很远或很近的闭合轮廓本身出现误差的可能性较大，可以选择一环状的第一预设区域，根据第一中心与第一预设区域内像素之间的距离，将距离相近的所有像素聚类到同一更新后的闭合轮廓上，也就是重新确定第一预设区域内的各菲涅尔纹，消除之前可能存在的错误的菲涅尔纹。进一步的，根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心。其中，确定第二中心的具体方法可以参考确定第一中心的具体方法，后文中也将详细阐述。

在本实施例中，菲涅尔纹中心的确定方法包括以下步骤：获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；获取成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第一中心；根据第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心。在本方案中，通过预先根据成像图像的闭合轮廓粗略确定菲涅尔纹中心，即第一中心，进一步根据第一中心重新对成像图像上对应于闭合轮廓的像素进行聚类，将属于同一闭合轮廓(对应于一条菲涅尔纹)的所有像素聚为一类，即为更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，精确确定菲涅尔纹中心，即第二中心，避免由于成像图像分辨率差等问题导致闭合轮廓确定错误时，出现无法确定菲涅尔纹中心或所确定的菲涅尔纹中心偏差过大的情况，以提高确定菲涅尔纹中心的可靠性和准确性。

基于上述第一实施例，如图2所示，在本发明的第二实施例中，在步骤S200之前，菲涅尔纹中心的确定方法还包括以下步骤：

步骤S400、对成像图像进行光照归一化处理。

由于拍摄过程中，可能存在光照条件不同等造成的成像图像黯淡、对比度低、成像不均匀、图片噪声高和存在畸变等问题，导致根据直接获得的成像图像难以确定对应于各条菲涅尔纹的闭合轮廓，因此，需要对成像图像进行光照归一化处理。光照归一化可以一定程度上消除拍摄过程中造成的成像图像问题，以提高成像图像的对比度、亮度、分辨率等，从而提高成像图像质量。

进一步的，如图3所示，在本发明的第三实施例中，步骤S400包括：

步骤S410、对成像图像进行伽马校正处理；

伽马校正处理是指对成像图像的伽马曲线进行编辑，是一种非线性色调编辑的方法，通过检测出成像图像中的深色部分和浅色部分，并增大深色部分和浅色部分的比例，以提高成像图像的对比度。

其中，伽马校正处理后成像图像中像素的灰阶值p₂与伽马校正处理前像素的灰阶值p₁之间满足：

P₀为最大灰阶值，γ为伽马值，伽马值γ满足0.05≤γ≤5。通常，对于8位图像而言，最大灰阶值P₀＝255。

步骤S420、增大成像图像的暗区和阴影区的动态范围，并压缩成像图像的高光区和亮区；

动态范围是像素灰阶值所能达到的最大值和最小值的比值，通常情况下，成像图像的动态范围越大，所能显示的细节特征也就越丰富。通过增大成像图像的暗区和阴影区的动态范围，可以获得更多的图像细节；同时压缩成像图像的高光区和亮区，以减小高灰阶值的像素对图像细节的不良影响，从而提高确定各条菲涅尔纹所对应的闭合轮廓的准确性。

步骤S430、对成像图像进行高斯差分滤波；

进一步的，对成像图像进行高斯差分滤波，以滤除其中的高频噪声，增强成像图像的细节信息。通过将原成像图像的像素矩阵函数与高斯差分滤波函数进行卷积运算，得到位于边缘的具有高斯差分极值点的关键点，这些关键点具有很好的稳定性和抗干扰性。

由于成像图像是二维图像，故采用二维高斯差分滤波函数进行滤波，满足：

其中，u为像素的横坐标，v为像素的纵坐标，σ为预设标准差，K为预设差分系数。预设标准差σ和预设差分系数K是根据对成像图像的处理需求预先设定的。对于某一特定的成像图像，可以选取预设范围内的多个预设差分系数，分别进行高斯差分滤波，并选取滤波质量最好的成像图像，以待后续处理，并记录对应的预设差分系数，以便下次调用。

步骤S440、均衡成像图像的对比度。

最后，通过均衡成像图像的对比度，也就是对成像图像的亮度直方图进行调节，以使亮度更好地在成像图像上分布，在增强局部对比度的同时保持整体对比度，使闭合轮廓更加明显。

基于上述各实施例，如图4所示，在本发明的第四实施例中，步骤S200包括：

步骤S210、二值化成像图像；

在确定菲涅尔纹中心时，只需确定成像图像中的闭合轮廓信息，而与图像色彩等其它参数无关，因此，通过二值化成像图像，一方面能够简化待处理的成像图像数据，提高处理效率；另一方面也可以使闭合轮廓更加明显清晰。

步骤S220、根据成像图像中像素的灰阶梯度差，确定成像图像中的闭合轮廓；

根据二值化得到的成像图像中像素的灰阶梯度差，确定成像图像中的闭合轮廓。闭合轮廓具体对应于灰阶梯度差发生突变的位置，并且闭合轮廓中像素是连续排布的。对于灰阶梯度发生突变，然而像素非连续排布的位置区域，通常对应于成像图像中的噪声，在确定菲涅尔纹中心时需要剔除。

步骤S230、按照圆曲线拟合成像图像中第二预设区域内的闭合轮廓，确定各闭合轮廓的中心位置；

在理想状态下，菲涅尔纹形成一系列同心圆，为了准确确定菲涅尔纹中心，按照圆曲线拟合各闭合轮廓，得到各闭合轮廓的中心位置。考虑到处理效率的优化，以及闭合轮廓本身出现误差的可能性，可以选择一环状的第二预设区域进行处理。

步骤S240、计算两两闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各闭合轮廓的中心距离均大于第一预设距离的闭合轮廓；

考虑到在确定闭合轮廓时，可能因为对应的菲涅尔纹之间间距过近，或者拍摄分辨率不够的因素，导致错误确定闭合轮廓。通过计算两两闭合轮廓的中心位置之间的距离，将错误的闭合轮廓剔除出去。理想状态下，各闭合轮廓的中心位置应该重合或相近，而其中与其它闭合轮廓的中心距离均较大的闭合轮廓，即中心位置偏离较远的闭合轮廓，为需要剔除的闭合轮廓，以免对最终菲涅尔纹中心位置的确定造成干扰。

步骤S250、计算保留的闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为第一中心。

进一步的，通过计算第二预设区域内，所保留的闭合轮廓的中心位置的平均位置，得到第一中心，即粗略确定的菲涅尔纹中心。

基于上述第四实施例，如图5所示，在本发明的第五实施例中，步骤S210包括：

步骤S211、将成像图像划分为至少一个子图像域；

步骤S212、计算子图像域中，像素的灰阶值的平均值，记为平均灰阶值；

步骤S213、计算平均灰阶值减预设偏置灰阶值的差值，作为子图像域的自适应阈值；

步骤S214、比对子图像域中各像素的灰阶值与该子图像域的自适应阈值；

步骤S215、当灰阶值大于自适应阈值时，更改像素的灰阶值为最大灰阶值；

步骤S216、当灰阶值小于或等于自适应阈值时，更改像素的灰阶值为最小灰阶值。

在本实施例中，采用自适应二值化算法进行成像图像的二值化，以消除拍摄时光照不均等带来的干扰。在自适应二值化算法中，将整个成像图像划分为多个图像子域，针对各个图像子域分别确定自适应阈值。自适应阈值可以根据图像子域中像素的灰阶值的平均值减预设偏置灰阶值的差值得到，其中，预设偏置灰阶值是根据图像子域的特点设置的。对于图像子域中灰阶值大于自适应阈值的像素，更改其灰阶值为最大灰阶值，对于其它像素，更改其灰阶值为最小灰阶值。在8位图像中，最大灰阶值为255，最小灰阶值为0。

基于上述第四实施例和第五实施例，如图6所示，在本发明的第六实施例中，在步骤S210之后，还包括以下步骤：

步骤S260、对成像图像进行形态学滤波，以去除成像图像中的孔洞。

由于拍摄和成像过程中的干扰因素，在成像图像上可能会形成孔洞，这些孔洞将会对菲涅尔纹中心的精确确定造成不良影响。采用形态学滤波的方式，通过膨胀、腐蚀等算法，去除成像图像中的孔洞，仅保留成像图像中对应于菲涅尔纹的信息，以提高菲涅尔纹中心确定的准确性。如图7所示为经过二值化和形态学滤波后的成像图像。

基于上述第六实施例，如图8所示，在本发明的第七实施例中，在步骤S260之后，还包括以下步骤：

步骤S271、对成像图像进行图像细化；

步骤S272、根据成像图像，确定窄化后的闭合轮廓。

细化是将成像图像中的闭合轮廓从多像素宽度减少到单位像素宽度，以减少成像图像的识别难度，同时减少成像图像数据量，提高处理效率。如图9所示为细化处理后的成像图像。

基于上述各实施例，如图10所示，在本发明的第八实施例中，步骤S300包括：

步骤S310、计算第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离；

步骤S320、将第一中心与像素之间的距离处于预设距离范围之内的所有像素，聚类在同一更新后的闭合轮廓中；

步骤S330、根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心。

在粗略确定第一中心时，其中的闭合轮廓可能存在问题，因此，根据第一中心重新确定对应于各条菲涅尔纹的闭合轮廓。具体的，根据第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上个像素之间的距离，对于距离相同或相近的像素，属于同于闭合轮廓，将上述像素聚类在同一闭合轮廓中，得到新的一组闭合轮廓。根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，作为菲涅尔纹中心。

基于上述第八实施例，如图11所示，在本发明的第九实施例中，步骤S330包括：

步骤S331、按照圆曲线拟合成像图像中第三预设区域内的更新后的闭合轮廓，确定更新后的闭合轮廓的中心位置；

步骤S332、计算两两更新后的闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各更新后的闭合轮廓的中心距离均大于第二预设距离的闭合轮廓；

步骤S333、计算保留的所有更新后的闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为第二中心。

其中，第一预设区域覆盖第三预设区域。考虑到在确定闭合轮廓时，可能因为对应的菲涅尔纹之间间距过近，或者拍摄分辨率不够的因素，导致存在错误的闭合轮廓，在第一预设区域内选择范围更小的第三预设区域，第三预设区域通常对应于自第一中心向外数2～10条左右闭合轮廓对应的区域。通过计算第三预设区域中两两闭合轮廓的中心位置之间的距离，将错误的闭合轮廓剔除出去，并根据第三预设区域内保留的闭合轮廓的中心位置的平均位置，得到第二中心，即菲涅尔纹中心。

本发明还提出一种菲涅尔纹中心的确定装置，如图12所示，菲涅尔纹中心的确定装置包括成像组件100、存储器200、处理器300。其中，成像组件100用以获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像。为了改善成像效果，菲涅尔纹中心的确定装置还可以包括用以照明的光照组件、用以确定正对菲涅尔透镜拍摄成像图像的对准组件和用以放大拍摄的成像图像的放大组件等，以尽可能获得清晰的成像图像。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，并执行以下操作：

获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；

获取成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第一中心；

根据第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，在获取成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第一中心的步骤之前，菲涅尔纹中心的确定方法还包括以下步骤：

对成像图像进行光照归一化处理。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，对成像图像进行光照归一化处理的步骤包括：

对成像图像进行伽马校正处理；

增大成像图像的暗区和阴影区的动态范围，并压缩成像图像的高光区和亮区；

对成像图像进行高斯差分滤波；

均衡成像图像的对比度。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，伽马校正处理后成像图像中像素的灰阶值p₂与伽马校正处理前像素的灰阶值p₁之间满足：

其中，P₀为最大灰阶值，γ为伽马值，伽马值γ满足0.05≤γ≤5。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，高斯差分滤波函数f(u,v,σ)满足：

其中，u为像素的横坐标，v为像素的纵坐标，σ为预设标准差，K为预设差分系数。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，获取成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第一中心的步骤包括：

二值化成像图像；

根据成像图像中像素的灰阶梯度差，确定成像图像中的闭合轮廓；

按照圆曲线拟合成像图像中第二预设区域内的闭合轮廓，确定闭合轮廓的中心位置；

计算两两闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各闭合轮廓的中心距离均大于第一预设距离的闭合轮廓；

计算保留的闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为第一中心。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，二值化成像图像的步骤包括：

将成像图像划分为至少一个子图像域；

计算子图像域中，像素的灰阶值的平均值，记为平均灰阶值；

计算平均灰阶值减预设偏置灰阶值的差值，作为子图像域的自适应阈值；

比对子图像域中各像素的灰阶值与该子图像域的自适应阈值；

当灰阶值大于自适应阈值时，更改像素的灰阶值为最大灰阶值；

当灰阶值小于或等于自适应阈值时，更改像素的灰阶值为最小灰阶值。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，在二值化成像图像的步骤之后，还包括以下步骤：

对成像图像进行形态学滤波，以去除成像图像中的孔洞。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，在对成像图像进行形态学滤波的步骤之后，还包括以下步骤：

对成像图像进行图像细化；

根据成像图像，确定窄化后的闭合轮廓。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，根据第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心的步骤包括：

计算第一中心与成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离；

将第一中心与像素之间的距离处于预设距离范围之内的所有像素，聚类在同一更新后的闭合轮廓中；

根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心。

处理器300可以调用存储在存储器200上的菲涅尔纹中心的确定程序，根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定菲涅尔纹的第二中心，将第二中心作为菲涅尔纹中心的步骤包括：

按照圆曲线拟合成像图像中第三预设区域内的更新后的闭合轮廓，确定更新后的闭合轮廓的中心位置；

计算两两更新后的闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各更新后的闭合轮廓的中心距离均大于第二预设距离的闭合轮廓；

计算保留的更新后的闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为第二中心；

其中，第一预设区域覆盖第三预设区域。

本发明进一步提出一种虚拟现实设备，虚拟现实设备包括菲涅尔透镜和菲涅尔纹中心的确定装置，该菲涅尔纹中心的确定装置的具体结构参照上述实施例，由于本虚拟现实设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，所述菲涅尔纹中心的确定方法包括以下步骤：

获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；

获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心；

根据所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，将距离相近的所有像素聚类到同一更新后的闭合轮廓上，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心。

2.如权利要求1所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，在获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心的步骤之前，所述菲涅尔纹中心的确定方法还包括以下步骤：

对所述成像图像进行光照归一化处理；

所述对所述成像图像进行光照归一化处理的步骤包括：

对所述成像图像进行伽马校正处理；

增大所述成像图像的暗区和阴影区的动态范围，并压缩所述成像图像的高光区和亮区；

对所述成像图像进行高斯差分滤波；

均衡所述成像图像的对比度。

3.如权利要求2所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，伽马校正处理后所述成像图像中像素的灰阶值p₂与伽马校正处理前所述像素的灰阶值p₁之间满足：

其中，P₀为最大灰阶值，γ为伽马值，所述伽马值γ满足0.05≤γ≤5。

4.如权利要求2所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，高斯差分滤波函数f(u,v,σ)满足：

其中，u为像素的横坐标，v为像素的纵坐标，σ为预设标准差，K为预设差分系数。

5.如权利要求1至4中任一项所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，获取所述成像图像中的闭合轮廓，并根据至少一所述闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第一中心的步骤包括：

二值化所述成像图像；

根据所述成像图像中像素的灰阶梯度差，确定所述成像图像中的闭合轮廓；

按照圆曲线拟合所述成像图像中第二预设区域内的所述闭合轮廓，确定所述闭合轮廓的中心位置；

计算两两所述闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各所述闭合轮廓的中心距离均大于第一预设距离的闭合轮廓；

计算保留的所述闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为所述第一中心。

6.如权利要求5所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，二值化所述成像图像的步骤包括：

将所述成像图像划分为至少一个子图像域；

计算所述子图像域中，像素的灰阶值的平均值，记为平均灰阶值；

计算所述平均灰阶值减预设偏置灰阶值的差值，作为所述子图像域的自适应阈值；

比对所述子图像域中各像素的灰阶值与该子图像域的自适应阈值；

当所述灰阶值大于所述自适应阈值时，更改所述像素的灰阶值为最大灰阶值；

当所述灰阶值小于或等于所述自适应阈值时，更改所述像素的灰阶值为最小灰阶值。

7.如权利要求5所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，在二值化所述成像图像的步骤之后，还包括以下步骤：

对所述成像图像进行形态学滤波，以去除所述成像图像中的孔洞；

对所述成像图像进行图像细化；

根据所述成像图像，确定窄化后的闭合轮廓。

8.如权利要求1至4中任一项所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，根据所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离，获取更新后的闭合轮廓，并根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心的步骤包括：

计算所述第一中心与所述成像图像中第一预设区域内闭合轮廓上各像素之间的距离；

将所述第一中心与所述像素之间的距离处于预设距离范围之内的所有所述像素，聚类在同一更新后的闭合轮廓中；

根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心。

9.如权利要求8所述的菲涅尔纹中心的确定方法，其特征在于，根据更新后的闭合轮廓的中心位置，确定所述菲涅尔纹的第二中心，将所述第二中心作为所述菲涅尔纹中心的步骤包括：

按照圆曲线拟合所述成像图像中第三预设区域内的更新后的所述闭合轮廓，确定更新后的所述闭合轮廓的中心位置；

计算两两更新后的所述闭合轮廓的中心位置之间的中心距离，并剔除其中与其它各更新后的所述闭合轮廓的中心距离均大于第二预设距离的闭合轮廓；

计算保留的更新后的所述闭合轮廓的中心位置的平均位置，作为所述第二中心；

其中，所述第一预设区域覆盖所述第三预设区域。

10.一种菲涅尔纹中心的确定装置，其特征在于，所述菲涅尔纹中心的确定装置包括成像组件、存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的菲涅尔纹中心的确定程序，其中：

所述成像组件用以获取拍摄菲涅尔纹所得的成像图像；

所述菲涅尔纹中心的确定程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至9中任一项所述的菲涅尔纹中心的确定方法的步骤。

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