一种无衍射光莫尔条纹中心定位方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无衍射光莫尔条纹中心定位方法和系统。该方法包括以下步骤：步骤一、对含有噪声的无衍射光莫尔条纹进行图像预处理，提取局部同心圆环区域；步骤二、针对步骤一处理的图像，进行一系列形态学处理；步骤三、针对步骤二处理的图像，进行局部同心圆环检测；步骤四、针对步骤三处理的图像，对初始圆心集进行聚类分析，删除聚类后两组圆心集内的异常点，迭代求取两组圆心集的中心点即可实现无衍射光莫尔条纹定位。本发明专利技术能同时对无衍射光莫尔条纹两光斑中心进行定位，自动化程度强，定位精度高，适用范围广，有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种无衍射光莫尔条纹中心定位方法和系统
本专利技术涉及无衍射光测量领域，尤其涉及在两束无衍射光形成莫尔条纹的精密测量中，两个中心点定位方法。
技术介绍
无衍射光由于其中心光斑大小、形状不随传输距离发生变化而备受关注。随着人们对无衍射光研究的不断深入，无衍射光应用的领域也越来越广泛，如精密测量、激光加工、景深延拓等。精确寻找无衍射光中心光斑的位置是实现高测量精度的一个重要前提。常见的无衍射光光斑中心定位方法有光强重心法、最小二乘圆拟合法和Hough圆变换法、圆环滤波法及混沌蚁群法等。由于无衍射光具有良好的准直及能量集中等特性，将无衍射光与其他技术结合，能极大地丰富无衍射光的应用领域。将无衍射光与莫尔条纹技术相结合在精密测量中是一种新的组合方法，该方法不仅保留了莫尔条纹的优点，而且引入了无衍射光的特性。将无衍射光与莫尔条纹相结合，已广泛应用在精密测量领域，如空间直线度测量、多自由度运动误差测量等。如在多自由度运动误差测量中，将两束无衍射光进行干涉产生无衍射光莫尔条纹，通过计算无衍射光莫尔条纹两光斑中心的位置变化量即可得出四种不同自由度变化量。因此，如何准确找到无衍射光莫尔条纹两中心光斑的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无衍射光莫尔条纹中心定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对含有噪声的无衍射光莫尔条纹图像进行预处理操作，提取局部同心圆环区域；步骤2，针对步骤1处理的图像，进行一系列形态学处理；步骤3，针对步骤2处理的图像，进行局部同心圆环检测，得到初始圆心集C0(x,y)；步骤4，针对步骤3处理的图像，对初始圆心集C0(x,y)进行聚类分析，使用误差平方和SSE作为聚类的目标函数，当SSE最小时，聚类效果最好，从而获得两束无衍射光光斑中心圆心集C1(x,y)和C2(x,y)，其中SSE的计算公式为，

【技术特征摘要】
1.一种无衍射光莫尔条纹中心定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对含有噪声的无衍射光莫尔条纹图像进行预处理操作，提取局部同心圆环区域；步骤2，针对步骤1处理的图像，进行一系列形态学处理；步骤3，针对步骤2处理的图像，进行局部同心圆环检测，得到初始圆心集C0(x,y)；步骤4，针对步骤3处理的图像，对初始圆心集C0(x,y)进行聚类分析，使用误差平方和SSE作为聚类的目标函数，当SSE最小时，聚类效果最好，从而获得两束无衍射光光斑中心圆心集C1(x,y)和C2(x,y)，其中SSE的计算公式为，其中Ci是第i个簇，p是Ci中的样本点，di是Ci中所有样本的均值；对检测到的两组圆心集C1(x,y)和C2(x,y)求取其中心点O1(a,b)和O2(a,b)作为初始中心；然后以初始中心为圆心，一定长度R为半径，半径R所形成的圆要包含各自圆心集的集中部分，删除在圆以外的点即异常点；对新的圆心集再次求取中心点，重复迭代w次得到O3(a,b)和O4(a,b)，即为较为精确的两束无衍射光中心，从而确定无衍射光莫尔条纹位置。2.如权利要求1所述的无衍射光莫尔条纹中心定位方法，其特征在于：步骤1中预处理操作包括以下子步骤，步骤1.1，采用中值滤波进行去噪；选取大小为S的邻域，以强度值的大小排列邻域内的像素值，选择排列像素集合里的中间值作为异常点(m,n)的新值，实现去噪效果的同时保留图像的边缘信息；步骤1.2，对处理后的图像进行直方图均衡化；通过拉伸图像像素强度范围增强图像对比度，将不同实验环境下的灰度范围均衡到0～255，减弱外界环境对实验结果的影响；步骤1.3，对处理后的图像进行阈值分割并二值化；再在整幅图中找到光强最大值Imax，根据实验环境下无衍射光强分布特性，选取合适ΔV值，选取Imax-ΔV作为阈值对图像进行二值化处理，得到无衍射光靠近其光斑中心局部同心圆环区域。3.如权利要求1所述的无衍射光莫尔条纹中心定位方法，其特征在于：步骤2的具体实现方式如下，首先，在不影响无衍射光莫尔条纹的两光斑中心的局部同心圆环整体轮廓的前提下，删除面积小于S1像素的连通区域，此时得到的图像为I1；然后采用大小为P的圆盘形结构元素I2对图像I1进行先腐蚀后膨胀的开运算，开运算的计算公式为：其中$为腐蚀操作，⊕为膨胀操作；最后再次删除因开运算使图像产生的面积小于S2像素的新连通区域。4.如权利要求1所述的无衍射光莫尔条纹中心定位方法，其特征在于：步骤3的具体实现方式如下，首先采用Sobel算子进行边缘检测，令经过步骤2处理的图像为I3，分别选用大小为H，方向为水平的内核Gx和方向为垂直的内核Gy与图像进行卷积运算，则在图像的每一点的灰度G大小可以近似为|I3*Gx|+|I3*Gy|；然后采用Hough圆变换，将图像空间转换到参数空间，选取合适的半径步长step_r、角度步长step_angle、最小圆半径r_min、最大圆半径r_max，对边缘上的点进行统计计算，确定可能存在的圆，得到初始圆心集C0(x,y)。5.如权利要求2所述的无衍射光莫尔条纹中心定位方法，其特征在于：步骤1.3中无衍射光光斑中心局部同心圆环区域所包含的同心圆环个数为3～6个。6.如权利要求1所述的无衍射光莫尔条纹中心定位方法，其特征在于：步骤4中采用K均值聚类算法对初始圆心集C0(x,y)进行聚类分...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟中生，程壮，吕清花，王选择，丁善婷，张艳红，李劲松，黄娇洁，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42