一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法技术方案

本发明专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法，其技术方案要点是：具体包括以下步骤：步骤1、对微透镜阵列成像系统形成的原始多光斑图像I(x，y)，进行二维灰度转换，设计多滤波器图像预处理得到I2(x，y)，x，y为原始图像横、纵坐标的像素大小；步骤2、利用四连通区域ROI方法对原始图像进行自适应匹配；步骤3、采用Otsu

【技术实现步骤摘要】
一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法。

技术介绍

[0002]重心定位是一种微透镜阵列成像系统图像处理的重要技术。多光斑图像重心定位技术广泛应用于三维成像、光场摄像机、医学成像、激光制导以及新型光学系统等领域。尤其是在微透镜阵列成像系统中，光被分成许多微小的部分，每个部分的光通过相应的小透镜聚焦在传感器平面上，产生许多规则排列的子图像。因此，多光斑图像的重心定位对于微透镜阵列成像系统中的子图像分割至关重要，它决定了微透镜阵列成像系统的成像性能和稳定性。在实际应用中，由于环境条件的复杂性，微透镜阵列成像系统的多光斑图像会出现信号强度分布不均等噪声干扰情况。因此，一个精确而稳定的重心提取算法显得尤为重要。
[0003]目前关于多光斑图像的重心定位方法，常用的有质心法、霍夫变换法、高斯拟合法、最大类间阈值法。这些算法虽然能在一定范围内满足各类光学测量场合的图像定位要求，但也存在一定局限性。如：质心法和圆拟合法计算速度快，但精度一般；Hough变换法在图像边缘较清晰时精度高，但耗时较长，易受干扰；高斯拟合法精度较高，但算法复杂，运算量大。为此，一种稳定性高、抗噪性能好和自适应能力强的多光斑重心提取算法亟待开发。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法，在质心法提取整像素图像重心的基础上，设计多滤波器进行多光斑图像预处理，采用四连通ROI(region of interest感兴趣区域)分割方法实现连通区域与原始图像自适应匹配，利用Otsu
‑
Kmeans(大津
‑
K均值聚类算法)分类提取最优聚类中心阈值，最终采用质心法进行重心定位，具有获得相对于传统质心法精度更高的亚像素级重心坐标的特点。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法，具体包括以下步骤：
[0006]步骤1、对微透镜阵列成像系统形成的原始多光斑图像I(x，y)，进行二维灰度转换，设计多滤波器图像预处理得到I2(x，y)，x，y为原始图像横、纵坐标的像素大小；
[0007]步骤2、利用四连通区域ROI方法对原始图像进行自适应匹配；
[0008]步骤3、采用Otsu
‑
Kmeans方法提取聚类中心阈值；
[0009]步骤4、利用质心法依次对多光斑二值化图像I
fianl
(x，y)的每个连通区域进行质心定位，得到亚像素级别的多光斑图像的重心坐标。
[0010]步骤1具体为：
[0011]使用计算机读取原始多光斑图像I(x，y)并转化为二维灰度图像I_gray(x，y)，利用MATLAB函数fspecial()生成均值滤波器A，表达式如下所示：
[0012]A＝fspecial(
′
average
′
，m)
[0013]此处，average表示均值滤波算子，m是3
×
3的二维滑动矩阵；
[0014]使用MATLAB函数filter2()对原始多光斑图像进行平均滤波处理，获得图像I1(x，y)，具体操作如下：
[0015]I1(x，y)＝filter2(A，I_gray(x，y))
[0016]同理，利用MATLAB函数medfilter2()对原始光斑图像进行中值滤波处理得到去噪后的图像I2(x，y)。
[0017]步骤2具体包括：
[0018]步骤2.1、使用最大类间方差法找到合适的阈值T0，将降噪后的多光斑图像I2(x，y)转换为具有相对完整光斑细节的二值图像I
binary
(x，y)，二值化具体操作为：
[0019]此处，img(x，y)为图像I2(x，y)的像素值，T0为二值化阈值；
[0020]步骤2.2、利用每个光斑图像的连通特性，运用二值图像四连通域标记法将二值化图像I
binary
(x，y)的每个连通区域作同一个标记，根据连通域标记的参数对图像进行分割；
[0021]步骤2.3、经四连通区域ROI分割处理之后，二值化图像I
binary
(x，y)的每个连通区域具有相同的标签，连通区域编号为C
i
，i＝1，2，
…
，N，N为连通区域的总数，连通区域C
i
可由MATLAB函数bwlabel()计算，具体操作如下：
[0022]C
i
＝bwlabel(I
binary
(x，y)，i)，i为连通区域的索引；
[0023]步骤2.4、利用MATLAB的regionprops()函数计算出经四连通区域ROI分割之后的单个光斑图的剪裁矩阵B
i
，i＝1，2，
…
，N，其矩阵的大小为包含分割后每个光斑连接区域C
i
的最小矩形；其次，利用MATLAB函数imcrop()提取原始多光斑去噪图像I2(x，y)对应于裁剪矩阵的掩膜图像：具体操作如下：
[0024]mask
i
＝imcrop(I2(x，y)，B
i
)，mask
i
表示多光斑去噪图像I2(x，y)中对应裁剪矩阵B
i
的每一个光斑连通区域图像。
[0025]步骤3具体为：
[0026]步骤3.1、采用最大类间方差法计算每一个多光斑掩膜图像mask
i
的二值化阈值；最大类间方差法原理如下：
[0027]设图像ori
img
(x，y)的像素尺寸大小x
×
y，图像的最佳阈值为T1，T1将图像分为目标和背景两个部分，其中目标点数占总图像的比例为w0，平均灰度值为u0；背景点数占图像比例为w1，平均灰度值为u1，则有：
[0028]w0+w1＝1
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]则图像的总平均灰度值为：
[0030]u＝w0u0+w1u1ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0031]类间方差为：
[0032]g＝w0(u0‑
u)2+w1(u1‑
u)2ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0033]联立(1)(2)(3)可得类间方差为：
[0034]g＝w0w1(u0‑
u1)2ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0035]即可采用遍历的方法得到使类间方差g最大的阈值T1；
[0036]编写MATLAB算法代码，部分代码实现如下：
[0037]T
i
＝graythresh(mask
i
)，i＝1，2，
…
，N
[0038]此处，T
i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、对微透镜阵列成像系统形成的原始多光斑图像I(x，y)，进行二维灰度转换，设计多滤波器图像预处理得到I2(x，y)，x，y为原始图像横、纵坐标的像素大小；步骤2、利用四连通区域ROI方法对原始图像进行自适应匹配；步骤3、采用Otsu
‑
Kmeans方法提取聚类中心阈值；步骤4、利用质心法依次对多光斑二值化图像I
fianl
(x，y)的每个连通区域进行质心定位，得到亚像素级别的多光斑图像的重心坐标。2.根据权利要求1所述的一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法，其特征在于，所述步骤1具体为：使用计算机读取原始多光斑图像I(x，y)并转化为二维灰度图像I_gray(x，y)，利用MATLAB函数fspecial()生成均值滤波器A，表达式如下所示：A＝fspecial(
′
average
′
，m)此处，average表示均值滤波算子，m是3
×
3的二维滑动矩阵；使用MATLAB函数filter2()对原始多光斑图像进行平均滤波处理，获得图像I1(x，y)，具体操作如下：I1(x，y)＝filter2(A，I_gray(x，y))同理，利用MATLAB函数medfilter2()对原始光斑图像进行中值滤波处理得到去噪后的图像I2(x，y)。3.根据权利要求1所述的一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2.1、使用最大类间方差法找到合适的阈值T0，将降噪后的多光斑图像I2(x，y)转换为具有相对完整光斑细节的二值图像I
binary
(x，y)，二值化具体操作为：此处，img(x，y)为图像I2(x，y)的像素值，T0为二值化阈值；步骤2.2、利用每个光斑图像的连通特性，运用二值图像四连通域标记法将二值化图像I
binary
(x，y)的每个连通区域作同一个标记，根据连通域标记的参数对图像进行分割；步骤2.3、经四连通区域ROI分割处理之后，二值化图像I
binary
(x，y)的每个连通区域具有相同的标签，连通区域编号为C
i
，i＝1，2，
…
，N，N为连通区域的总数，连通区域C
i
可由MATLAB函数bwlabel()计算，具体操作如下：C
i
＝bwlabel(I
binary
(x，y)，i)，i为连通区域的索引；步骤2.4、利用MATLAB的regionprops()函数计算出经四连通区域ROI分割之后的单个光斑图的剪裁矩阵B
i
，i＝1，2，
…
，N，其矩阵的大小为包含分割后每个光斑连接区域C
i
的最小矩形；其次，利用MATLAB函数imcrop()提取原始多光斑去噪图像I2(x，y)对应于裁剪矩阵的掩膜图像：具体操作如下：mask
i
＝imcrop(I2(x，y)，B
i
)，mask
i
表示多光斑去噪图像I2(x，y)中对应裁剪矩阵B
i
的每一个光斑连通区域图像。
4.根据权利要求1所述的一种用于微透镜阵列成像系统的多光斑图像重心定位方法，其特征在于，步骤3具体为：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梅云，王佳弟，张智勇，吴衡，王倩雪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：