一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法
2023-06-20 23:30:01 1
一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法，其特徵在於：包括下述步驟：(1)通過測量得到軸對稱光斑的部分圖像的灰度分布I(i，j)；(2)隨機選取光斑圖像上任意一個3×3灰度網格，計算其幾何中心和質心；(3)計算通過該幾何中心和質心的直線；(4)隨機選取光斑圖像上N個3×3灰度網格，其中至少有一個不同於步驟(2)中所選的3×3灰度網格，N大於等於1，重複步驟(2)和(3)，將得到的直線方程聯立成方程組；(5)採用最小二乘方法解該方程組，得到光斑中心的位置(x0，y0)。本發明通過隨機選取少量灰度網格對光斑中心進行快速定位，實時性好，節省數據存儲空間且不受光斑位置的影響。
【專利說明】一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法，屬於圖像處理領域。
【【背景技術】】
[0002]光斑圖像中心定位是一種光斑圖像處理的重要技術。光斑中心定位技術廣泛的應用於目標跟蹤、模式識別、雷射測量、星敏感器的星點定位及雷射衍射法粒度測量等諸多領域。快速、精確地提取光斑的中心坐標對上述系統整體性能有著重要影響，特別是對於實時的動態測量、定位而言，在保證中心定位精度的前提下，方法的複雜度和效率十分重要。
[0003]目前，對於光斑圖像中心的定位方法主要有Hough變換法、空間矩定位法、高斯曲面擬合法、灰度質心法等。對於已知灰度分布為軸對稱的光斑的部分圖像而言，利用Hough變換法時需要對參數空間離散化，進而對每一個輪廓點在二維參數空間內逐點投票、記錄，故花費時間較長、計算量大且測量精度也較低。空間矩定位法雖然運算精度較高，但要求光斑邊緣為理想二級邊緣，在實際應用中受到限制。高斯曲面擬合法是最精確的方法，但是該算法需要求解廣義逆矩陣以及較多的對數運算，因此運算過程複雜，程序運行效率低，無法滿足對實時性要求較高的場合。灰度質心法由於其實現較為簡單且定位精度較高，成為使用最多的一種定位方法。雖然灰度質心法應用範圍較廣，但該方法受光斑形狀的影響，特別是對於光斑中心點在圖像邊緣或圖像之外的情況，灰度質心法通常不能適用。
【
【發明內容】
】
[0004]本發明針對軸對稱分布的光斑的部分圖像，提出一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法。本發明通過隨機選取少量灰度網格對光斑中心進行快速定位,實時性好，節省數據存儲空間且不受光斑位置的影響。
[0005]本發明所提出的一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法，包括下述步驟:
[0006]步驟一:通過測量得到軸對稱光斑的部分圖像的灰度分布I (i，j)。
[0007]步驟二:隨機選取光斑圖像上任意一個3X3灰度網格,計算其幾何中心(xg，yg)和質心(xc, yc)。
[0008]步驟三:計算通過該幾何中心和質心的直線，其中X表示橫坐標，y表示縱坐標。
[0009](xg-xc) y-(yg_yc) X = (xg-xc) yc_ (yg_yc) xc (I)
[0010]步驟四:隨機選取光斑圖像上N個3X3灰度網格，其中至少有一個不同於步驟二中所選的3 X 3灰度網格，N大於等於I，重複步驟二和三，將得到的直線方程聯立成方程組。
[0011]步驟五:採用最小二乘方法解該方程組，得到光斑中心的位置(Xtl, y0)。
[0012] 本發明給出的一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法，其優點及功效在於:本發明巧妙地避免了傳統的高斯曲面擬合法和Hough變換法中複雜的計算過程，而是隨機選取部分灰度網格即可完成計算，提高了計算效率，減少了存儲空間。與灰度質心法相t匕，當光斑中心點在圖像邊緣或圖像之外時，該方法仍可用於計算光斑中心位置，而灰度質心法則不適用。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0013]附圖1所示為典型的軸對稱的光斑圖像。
[0014]附圖2所示為典型的光強分布圖。
[0015]附圖3所示為在光斑圖像上選取的 一個灰度網格示意圖。
[0016]附圖4所示為對無噪聲光斑圖像進行中心定位的仿真結果。
[0017]附圖5所示為對信噪比為60dB的光斑圖像進行中心定位的仿真結果。
[0018]附圖6所示為對光斑中心大大偏離圖像中心的圖像進行中心定位的仿真結果。
【【具體實施方式】】
[0019]本發明，即一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法，包括下述步驟:
[0020]步驟一:通過測量得到軸對稱光斑的部分圖像的灰度分布I (i，j)。
[0021]步驟二:隨機選取光斑圖像上任意一個3X3灰度網格,計算其幾何中心(xg，yg)和質心(xc, yc)。
[0022]步驟三:計算通過該幾何中心和質心的直線，其中X表示橫坐標，y表示縱坐標。
[0023](xg-xc) y- (yg-yc) x = (xg_xc) yc- (yg-yc) xc (2)
[0024]步驟四:隨機選取光斑圖像上N個3X3灰度網格，其中至少有一個不同於步驟二中所選的3 X 3灰度網格，N大於等於I，重複步驟二和三，將得到的直線方程聯立成方程組。
[0025]步驟五:採用最小二乘方法解該方程組，得到光斑中心的位置(X(l，y0)。
[0026]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0027]獲取的光斑圖像通常如附圖1所示，典型的光強分布如附圖2所示。從光斑圖像獲得的灰度分布為I (i，j)，隨機選取光斑圖像上任意一個3X3灰度網格如附圖3所示。計算其幾何中心(xg，yg)和質心(X。，y）
【權利要求】
1.一種基於質心法的光斑圖像中心的快速定位方法，其特徵在於:包括下述步驟: 步驟一:通過測量得到軸對稱光斑的部分圖像的灰度分布I (i，j)。 步驟二:隨機選取光斑圖像上任意一個3X3灰度網格，計算其幾何中心(Xg，yg)和質心(xc, yc)。 步驟三:計算通過該幾何中心和質心的直線，其中X表示橫坐標，y表示縱坐標。
(xg-xc) y-(yg-yc) X = (xg-xc) yc- (yg-yc) xc (1.1) 步驟四:隨機選取光 斑圖像上N個3X3灰度網格，其中至少有一個不同於步驟二中所選的3X3灰度網格，N大於等於1，重複步驟二和三，將得到的直線方程聯立成方程組。步驟五:採用最小二乘方法解該方程組，得到光斑中心的位置(X(l，y0)。
【文檔編號】G06K9/32GK103955687SQ201410198034
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】曹章, 徐立軍, 魏天嘯, 周家怡, 辛蕾 申請人:北京航空航天大學