一種基于質(zhì)心法的光斑圖像中心的快速定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于質(zhì)心法的光斑圖像中心的快速定位方法，其特征在于：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(wǎng)格，計算其幾何中心和質(zhì)心；(3)計算通過該幾何中心和質(zhì)心的直線；(4)隨機選取光斑圖像上N個3×3灰度網(wǎng)格，其中至少有一個不同于步驟(2)中所選的3×3灰度網(wǎng)格，N大于等于1，重復(fù)步驟(2)和(3)，將得到的直線方程聯(lián)立成方程組；(5)采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(fā)明通過隨機選取少量灰度網(wǎng)格對光斑中心進行快速定位，實時性好，節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間且不受光斑位置的影響。
【專利說明】一種基于質(zhì)心法的光斑圖像中心的快速定位方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于質(zhì)心法的光斑圖像中心的快速定位方法，屬于圖像處理領(lǐng)域。
【【背景技術(shù)】】
[0002]光斑圖像中心定位是一種光斑圖像處理的重要技術(shù)。光斑中心定位技術(shù)廣泛的應(yīng)用于目標跟蹤、模式識別、激光測量、星敏感器的星點定位及激光衍射法粒度測量等諸多領(lǐng)域?？焖佟⒕_地提取光斑的中心坐標對上述系統(tǒng)整體性能有著重要影響，特別是對于實時的動態(tài)測量、定位而言，在保證中心定位精度的前提下，方法的復(fù)雜度和效率十分重要。
[0003]目前，對于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(zhì)心法等。對于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(shù)空間離散化，進而對每一個輪廓點在二維參數(shù)空間內(nèi)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(yīng)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(shù)運算，因此運算過程復(fù)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(zhì)心法由于其實現(xiàn)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(zhì)心法應(yīng)用范圍較廣，但該方法受光斑形狀的影響，特別是對于光斑中心點在圖像邊緣或圖像之外的情況，灰度質(zhì)心法通常不能適用。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明針對軸對稱分布的光斑的部分圖像，提出一種基于質(zhì)心法的光斑圖像中心的快速定位方法。本發(fā)明通過隨機選取少量灰度網(wǎng)格對光斑中心進行快速定位,實時性好，節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間且不受光斑位置的影響。
[0005]本發(fā)明所提出的一種基于質(zhì)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(wǎng)格,計算其幾何中心(xg，yg)和質(zhì)心(xc, yc)。
[0008]步驟三:計算通過該幾何中心和質(zhì)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(wǎng)格，其中至少有一個不同于步驟二中所選的3 X 3灰度網(wǎng)格，N大于等于I，重復(fù)步驟二和三，將得到的直線方程聯(lián)立成方程組。
[0011]步驟五:采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(fā)明給出的一種基于質(zhì)心法的光斑圖像中心的快速定位方法，其優(yōu)點及功效在于:本發(fā)明巧妙地避免了傳統(tǒng)的高斯曲面擬合法和Hough變換法中復(fù)雜的計算過程，而是隨機選取部分灰度網(wǎng)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(zhì)心法相t匕，當光斑中心點在圖像邊緣或圖像之外時，該方法仍可用于計算光斑中心位置，而灰度質(zhì)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(wǎng)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(jié)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(jié)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(jié)果。
【【具體實施方式】】
[0019]本發(fā)明，即一種基于質(zhì)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(wǎng)格,計算其幾何中心(xg，yg)和質(zhì)心(xc, yc)。
[0022]步驟三:計算通過該幾何中心和質(zhì)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(wǎng)格，其中至少有一個不同于步驟二中所選的3 X 3灰度網(wǎng)格，N大于等于I，重復(fù)步驟二和三，將得到的直線方程聯(lián)立成方程組。
[0025]步驟五:采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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)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(wǎng)格如附圖3所示。計算其幾何中心(xg，yg)和質(zhì)心(X。，y）
【權(quán)利要求】
1.一種基于質(zhì)心法的光斑圖像中心的快速定位方法，其特征在于: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(wǎng)格，計算其幾何中心(Xg，yg)和質(zhì)心(xc, yc)。 步驟三:計算通過該幾何中心和質(zhì)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(wǎng)格，其中至少有一個不同于步驟二中所選的3X3灰度網(wǎng)格，N大于等于1，重復(fù)步驟二和三，將得到的直線方程聯(lián)立成方程組。步驟五:采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(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)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(xué)