一种激光光斑检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光光斑检测方法及系统。所述方法包括：获取多帧连续的背景图像和光斑图像；计算背景图像的总体平均像素值和帧平均图像；计算第一噪声基线值；确定光斑图像的第一光斑区域和第二光斑区域；计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；计算第一质心坐标和第一光斑半径；计算第二质心坐标和第二光斑半径；判断第一光斑半径与第二光斑半径的差值是否大于预设误差值；若是，则改变第一光斑区域和第二光斑区域的大小，并返回计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；若否，则依据第一质心坐标、第一光斑半径、第二质心坐标和第二光斑半径确定光斑图像的质心坐标和直径。采用本发明专利技术的方法或系统能够提高激光光斑的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光光斑检测方法及系统
本专利技术涉及激光光束性能检测
，特别是涉及一种激光光斑检测方法及系统。
技术介绍
目前精确检测光斑在激光传输、天文观测、激光质量评价、光束大小检测等方面有着广泛的应用。激光光斑的检测方法主要有套孔法、刀口法、图像传感器检测法、照相法、狭缝法、阈值时间法等。照相法的缺点是不易控制曝光时间从而容易造成曝光过度或不足，影响光斑检测的精度，并且数据处理麻烦；扫描法的缺点是不能同时确定最小光斑位置及其尺寸，并且测量精度受探测器响应频率及响应时间的影响；阈值时间法的缺点是可能由于能量积累烧坏靶材或阈值能量较高从而影响检测的精度。由于在采集光斑图像的过程中，电噪声，光噪声等都对光斑的检测精度存在较大影响，因此，目前通常采用的图像传感器检测法是采用基线阈值法和窗口法来降低噪声的影响。基线阈值法是通过设定基线来提高光斑图像的信噪比，但是，当信号与噪声交替在一起时，无法完成信号与噪声的分离；窗口法是通过改变探测窗口尺寸来减小噪声的影响，但是只能减少窗口外的噪声对激光光斑大小计算的影响，对探测窗口内的噪声却无能为力。现有的激光光斑的检测方法由于受到各种因素的制约，造成检测精度不高。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种激光光斑检测方法及系统，以提高激光光斑的检测精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种激光光斑检测方法，包括：获取多帧连续的背景图像；所述背景图像是激光器发出的激光光束经遮光板遮挡后在图像传感器中呈现的图像；依据多帧连续的背景图像的像素值，得到所述背景图像的总体平均像素值和帧平均图像；依据所述总体平均像素值和所述帧平均图像，计算第一噪声基线值；所述第一噪声基线值为背景图像的噪声基线值；获取光斑图像；所述光斑图像是激光器发出的激光光束入射到图像传感器中呈现的图像；确定所述光斑图像的第一光斑区域和第二光斑区域；所述第一光斑区域是依据第一阈值确定的，所述第二光斑区域是依据第二阈值确定的；所述第一阈值为第一噪声基线值；所述第二阈值是利用大津法确定的；计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；所述第二噪声基线值为所述第一光斑区域的噪声基线值，所述第三噪声基线值为所述第二光斑区域的噪声基线值；依据所述第二噪声基线值计算第一质心坐标和第一光斑半径；所述第一质心坐标为所述第一光斑区域的质心坐标；所述第一光斑半径为所述第一光斑区域的光斑半径；依据所述第三噪声基线值计算第二质心坐标和第二光斑半径；所述第二质心坐标为所述第二光斑区域的质心坐标；所述第二光斑半径为所述第二光斑区域的光斑半径；判断所述第一光斑半径与所述第二光斑半径的差值是否大于预设误差值；若是，则改变所述第一光斑区域和所述第二光斑区域的大小，并返回所述计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；若否，则依据所述第一质心坐标、所述第一光斑半径、所述第二质心坐标和所述第二光斑半径确定所述光斑图像的质心坐标和直径。可选的，所述依据多帧连续的背景图像的像素值，得到所述背景图像的总体平均像素值和帧平均图像，具体包括：依据多帧连续的背景图像的像素值，计算每帧所述背景图像的平均像素值；具体为其中，Ak表示第k帧背景图像的平均像素值，fk(i,j)表示第k帧背景图像第i行第j列的像素值，M表示背景图像的宽，N表示背景图像的高；计算所述背景图像的总体平均像素值其中，n表示总帧数；依据多帧连续的背景图像的像素值，得到帧平均图像其中，fn表示第n帧背景图像的像素值。可选的，所述依据所述总体平均像素值和所述帧平均图像，计算第一噪声基线值，具体包括：对所述帧平均图像进行均值滤波和平滑处理，得到处理后的帧平均图像；计算处理后的帧平均图像的平均像素值其中，Q′(i,j)表示处理后的帧平均图像第i行第j列的像素值，M表示背景图像的宽，N表示背景图像的高；计算处理后的帧平均图像的标准差计算第一噪声基线值其中，表示总体平均像素值，mask_x和mask_y分别表示均值滤波的滤波模板的宽和高。可选的，所述确定所述光斑图像的第一光斑区域和第二光斑区域，具体包括：将所述光斑图像中像素值低于第一阈值的像素点的像素值确定为0，高于第一阈值的像素点的像素值确定为1；生成第一阈值对应的二值图像；采用八邻域连通域算法对第一阈值对应的二值图像进行处理，得到多个第一连通域；将面积最大的第一光连通域确定为第一光斑区域；采用大津法对所述光斑图像进行处理，得到第二阈值；将所述光斑图像中像素值低于所述第二阈值的像素点的像素值确定为0，高于所述第二阈值的像素点的像素值确定为1；生成第二阈值对应的二值图像；采用八邻域连通域算法对第二阈值对应的二值图像进行处理，得到多个第二连通域；将面积最大的第二连通域确定为第二光斑区域。可选的，所述计算第二噪声基线值和第三噪声基线值，具体包括：将所述背景图像的噪声基线值确定为第二噪声基线值；将所述第二光斑区域扩大一倍，得到光斑有效区域；判断所述光斑有效区域内是否存在低于所述背景图像的噪声基线值的像素值；若是，则统计所述光斑有效区域内所有的负噪声值；所述负噪声值为低于所述背景图像的噪声基线值的像素值；依据所有的负噪声值确定第三噪声基线值；若否，则将所述背景图像的噪声基线值确定为第三噪声基线值。可选的，依据所述第二噪声基线值计算第一质心坐标和第一光斑半径，具体为：所述第一质心坐标为(Cx1,Cy1)，其中，m、n分别表示第一光斑区域的长和宽，I1(i,j)为第一光斑区域第i行第j列处的像素值，其中，0＜i＜m，0＜j＜n，S1表示第二噪声基线值；Rx1为第一光斑区域的x轴方向的光斑半径，Ry1为第一光斑区域的y轴方向的光斑半径。可选的，依据依据所述第三噪声基线值计算第二质心坐标和第二光斑半径，具体为：所述第二质心坐标为(Cx2,Cy2)，其中，g、h分别表示第二光斑区域的长和宽，I2(i,j)为第二光斑区域第i行第j列处的像素值，0＜i＜g，0＜j＜h，S2表示第三噪声基线值；Rx2为第二光斑区域的x轴方向的光斑半径，Ry2为第二光斑区域的y轴方向的光斑半径。可选的，所述若是，则改变所述第一光斑区域和所述第二光斑区域的大小，具体为：若Rx1-Rx2＞ζ,Ry1-Ry2＞ζ时，则将所述第一光斑区域的x轴方向缩小将所述第一光斑区域的y轴方向缩小将所述第二光斑区域的x轴方向扩展将所述第二光斑区域的y轴方向扩展其中Rx1为第一光斑区域的x轴方向的光斑半径，Ry1为第一光斑区域的y轴方向的光斑半径，Rx2为第二光斑区域的x轴方向的光斑半径，Ry2为第二光斑区域的y轴方向的光斑半径，Dx1为第一光斑区域的x轴方向的光斑直径，Dy1为第一光斑区域的y轴方向的光斑直径，Dx2为第二光斑区域的x轴方向的光斑直径，Dy2为第二光斑区域的y轴方向的光斑直径，ζ为预设误差值；若Rx2-Rx1＞ζ,Ry2-Ry1＞ζ时，则将所述第一光斑区域的x轴方向扩展将所述第一光斑区域的y轴方向扩展将所述第二光斑区域的x轴方向缩小将所述第二光斑区域的y轴方向缩小可选的，所述依据所述第一质心坐标、所述第一光斑半径、所述第二质心坐标和所述第二光斑半径确定所述光斑图像的质心坐标和直径，具体为：将所述第一质心坐标和所述第二质心坐标的平均值确定为所述光斑图像的质心坐标；依据所述第一光斑半径和所述第二光斑半径的平均值确定所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光光斑检测方法，其特征在于，包括：获取多帧连续的背景图像；所述背景图像是激光器发出的激光光束经遮光板遮挡后在图像传感器中呈现的图像；依据多帧连续的背景图像的像素值，得到所述背景图像的总体平均像素值和帧平均图像；依据所述总体平均像素值和所述帧平均图像，计算第一噪声基线值；所述第一噪声基线值为背景图像的噪声基线值；获取光斑图像；所述光斑图像是激光器发出的激光光束入射到图像传感器中呈现的图像；确定所述光斑图像的第一光斑区域和第二光斑区域；所述第一光斑区域是依据第一阈值确定的，所述第二光斑区域是依据第二阈值确定的；所述第一阈值为第一噪声基线值；所述第二阈值是利用大津法确定的；计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；所述第二噪声基线值为所述第一光斑区域的噪声基线值，所述第三噪声基线值为所述第二光斑区域的噪声基线值；依据所述第二噪声基线值计算第一质心坐标和第一光斑半径；所述第一质心坐标为所述第一光斑区域的质心坐标；所述第一光斑半径为所述第一光斑区域的光斑半径；依据所述第三噪声基线值计算第二质心坐标和第二光斑半径；所述第二质心坐标为所述第二光斑区域的质心坐标；所述第二光斑半径为所述第二光斑区域的光斑半径；判断所述第一光斑半径与所述第二光斑半径的差值是否大于预设误差值；若是，则改变所述第一光斑区域和所述第二光斑区域的大小，并返回所述计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；若否，则依据所述第一质心坐标、所述第一光斑半径、所述第二质心坐标和所述第二光斑半径确定所述光斑图像的质心坐标和直径。...

【技术特征摘要】
1.一种激光光斑检测方法，其特征在于，包括：获取多帧连续的背景图像；所述背景图像是激光器发出的激光光束经遮光板遮挡后在图像传感器中呈现的图像；依据多帧连续的背景图像的像素值，得到所述背景图像的总体平均像素值和帧平均图像；依据所述总体平均像素值和所述帧平均图像，计算第一噪声基线值；所述第一噪声基线值为背景图像的噪声基线值；获取光斑图像；所述光斑图像是激光器发出的激光光束入射到图像传感器中呈现的图像；确定所述光斑图像的第一光斑区域和第二光斑区域；所述第一光斑区域是依据第一阈值确定的，所述第二光斑区域是依据第二阈值确定的；所述第一阈值为第一噪声基线值；所述第二阈值是利用大津法确定的；计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；所述第二噪声基线值为所述第一光斑区域的噪声基线值，所述第三噪声基线值为所述第二光斑区域的噪声基线值；依据所述第二噪声基线值计算第一质心坐标和第一光斑半径；所述第一质心坐标为所述第一光斑区域的质心坐标；所述第一光斑半径为所述第一光斑区域的光斑半径；依据所述第三噪声基线值计算第二质心坐标和第二光斑半径；所述第二质心坐标为所述第二光斑区域的质心坐标；所述第二光斑半径为所述第二光斑区域的光斑半径；判断所述第一光斑半径与所述第二光斑半径的差值是否大于预设误差值；若是，则改变所述第一光斑区域和所述第二光斑区域的大小，并返回所述计算第二噪声基线值和第三噪声基线值；若否，则依据所述第一质心坐标、所述第一光斑半径、所述第二质心坐标和所述第二光斑半径确定所述光斑图像的质心坐标和直径。2.根据权利要求1所述的一种激光光斑检测方法，其特征在于，所述依据多帧连续的背景图像的像素值，得到所述背景图像的总体平均像素值和帧平均图像，具体包括：依据多帧连续的背景图像的像素值，计算每帧所述背景图像的平均像素值；具体为其中，Ak表示第k帧背景图像的平均像素值，fk(i,j)表示第k帧背景图像第i行第j列的像素值，M表示背景图像的宽，N表示背景图像的高；计算所述背景图像的总体平均像素值其中，n表示总帧数；依据多帧连续的背景图像的像素值，得到帧平均图像其中，fn表示第n帧背景图像的像素值。3.根据权利要求1所述的一种激光光斑检测方法，其特征在于，所述依据所述总体平均像素值和所述帧平均图像，计算第一噪声基线值，具体包括：对所述帧平均图像进行均值滤波和平滑处理，得到处理后的帧平均图像；计算处理后的帧平均图像的平均像素值其中，Q′(i,j)表示处理后的帧平均图像第i行第j列的像素值，M表示背景图像的宽，N表示背景图像的高；计算处理后的帧平均图像的标准差计算第一噪声基线值其中，表示总体平均像素值，mask_x和mask_y分别表示均值滤波的滤波模板的宽和高。4.根据权利要求1所述的一种激光光斑检测方法，其特征在于，所述确定所述光斑图像的第一光斑区域和第二光斑区域，具体包括：将所述光斑图像中像素值低于第一阈值的像素点的像素值确定为0，高于第一阈值的像素点的像素值确定为1；生成第一阈值对应的二值图像；采用八邻域连通域算法对第一阈值对应的二值图像进行处理，得到多个第一连通域；将面积最大的第一光连通域确定为第一光斑区域；采用大津法对所述光斑图像进行处理，得到第二阈值；将所述光斑图像中像素值低于所述第二阈值的像素点的像素值确定为0，高于所述第二阈值的像素点的像素值确定为1；生成第二阈值对应的二值图像；采用八邻域连通域算法对第二阈值对应的二值图像进行处理，得到多个第二连通域；将面积最大的第二连通域确定为第二光斑区域。5.根据权利要求1所述的一种激光光斑检测方法，其特征在于，所述计算第二噪声基线值和第三噪声基线值，具体包括：将所述背景图像的噪声基线值确定为第二噪声基线值；将所述第二光斑区域扩大一倍，得到光斑有效区域；判断所述光斑有效区域内是否存在低于所述背景图像的噪声基线值的像素值；若是，则统计所述光斑有效区域内所有的负噪声值；所述负噪声值为低于所述背景图像的噪声基线值的像素值；依据所有的负噪声值确定第三噪声基线值；若否，则将所述背景图像的噪声基线值确定为第三噪声基线值。6.根据权利要求1所述的一种激光光斑检测方法，其特征在于，依据所述第二噪声基线值计算第一质心坐标和第一光斑半径，具体为：所述第一质心坐标为(Cx1,Cy1)，其中，m、n分别表示第一光斑区域的长和宽，I1(i,j)为第一光斑区域第i行第j列处的像素值，其中，0＜i＜m，0＜j＜n，S1表示第二噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：景文博，于洪洋，董猛，赵海丽，刘鹏，王彩霞，王晓曼，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22