一种抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法技术

本发明专利技术属于激光技术领域，公开了一种抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，适用于采样图像存在椒盐噪声与串扰噪声的光斑中心定位检测，通过设置适当灰度阈值，抑制一部分强度较低的椒盐噪声干扰，利用灰度质心法计算得到光斑中心初始坐标及半径，再根据图像串扰噪声和圆光斑的特点，尤其是串扰相邻行灰度值不变的特性，以光斑中心初始坐标为起点，基于光斑半径与修正系数迭代计算修正图像灰度值，迭代运算，使初始纵向偏差较大的光斑中心坐标检测值不断逼近真值

【技术实现步骤摘要】
一种抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法


[0001]本专利技术属于激光
，涉及一种抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法
。

技术介绍

[0002]光斑中心检测及其定位是激光光束特性的重要内容，通常的光斑检测包括套筒法
、
刀口法等机械测量方式，以及直接或间接的成像检测方法
。
光斑中心成像检测方法相对简便，易于实现亚像元级高精度的光斑中心检测与定位
。
然而，在成像检测采集光斑图像的过程中，探测器噪声
、
背景辐射等干扰是不可避免的，会导致光斑中心定位出现较大误差，因此，需要对噪声干扰进行抑制，并采用适当的方法在噪声干扰的情况下定位光斑中心
。
[0003]椒盐噪声是一种典型且常见的随机噪声，这种噪声的灰度处于图像灰度范围的高低两端，在图像中表现为明暗分明的特性，会极大地破坏图像的特征信息，如图
1A
所示
。
[0004]串扰噪声是
CCD
在高强度辐照作用下出现在光斑位置垂直方向的亮线，串扰一旦出现，其形状相同，串扰线的灰度值相邻行相同，但相邻列不同，如图
1B
所示
。
[0005]张绍堂等人在
《
激光杂志
》2018(8):p153
‑
156
中发表的文章“一种高精度的激光图像光斑中心检测方法”对激光图像光斑进行预处理，实现目标光斑和背景的有效区分，采用多项式插值算法检测激光图像光斑中心，对光斑形状
、
能量分布要求较高
。
[0006]陈和等人在
《
北京理工大学报
》2016.36(2):p181
‑
185
中发表的文章“激光光斑中心高精度定位算法研究”采用高斯拟合和矩形区域对灰度质心定位算法进行优化，矢量窗口检测噪声，窗口大小随噪声强度自适应变化，受环境影响较小但计算量较大
。
[0007]郭玉静等人在
《
测试技术学报
》2017.31(3):p223
‑
226
中发表的文章“一种基于亮度阈值的激光光斑中心定位算法”提出了一种基于亮度阈值的激光光斑中心定位算法，计算量小但精度较低
。

技术实现思路

[0008](
一
)
专利技术目的
[0009]本专利技术的目的是：针对光斑中心定位受成像噪声干扰的问题，尤其是
CCD
串扰造成的光斑中心定位纵坐标偏差较大的问题，提供一种简便易行且精度高的抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法
。
[0010](
二
)
技术方案
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，包括如下步骤：
[0012]第一步：根据灰度阈值修正光斑图像灰度值，抑制部分椒盐噪声
。
[0013]图像分辨率为
m
×
n
，各像素灰度值为
G(x,y)
，则图像灰度修正值
G0'(x,y)
计算公式为：
[0014][0015]其中，
T
为图像灰度阈值
。
阈值
T
选择过低或过高都会影响光斑中心定位精度，尤其是不利于光斑半径的检测，阈值过低达不到抑制噪声的作用，阈值过高则会消除掉光斑的边缘数据
。
本专利技术中，图像灰度阈值
T
计算公式为：
[0016][0017]其中，
G
max
(x,y)
为光斑图像中的最大灰度值，
e
为自然常数
。
[0018]第二步：利用灰度质心法计算光斑的初始中心与半径
。
[0019]光斑初始中心
(x0,y0)
与光斑初始半径
(r
x0
,r
y0
)
的计算公式为：
[0020][0021][0022]第三步，针对
CCD
成像串扰出现在光斑位置垂直方向的特性，以初始光斑中心横坐标
x0、
横向半径
r
x0
为初始值，迭代计算，使每次迭代所得的光斑中心坐标
(x
i
,y
i
)
，尤其是纵坐标
y
i
不断逼近实际值
。
[0023]第
i
次迭代的光斑中心
(x
i
,y
i
)
与光斑半径
(r
xi
,r
yi
)
计算公式为：
[0024][0025][0026]其中，
G
i
'(x,y)
为第
i
次迭代时的图像灰度修正值，以前一次迭代计算的光斑中心
(x
i
‑1,y
i
‑1)
和光斑横向半径
r
x(i
‑
1)
为基准，遍历所有像元，当像元距离
(x
i
‑1,y
i
‑1)
大于1～3倍
r
x(i
‑
1)
，其灰度值赋为0，计算公式为：
[0027][0028]其中，
ω
为修正系数，
ω
∈[1,3]，
r
为任一像元
(x,y)
至前一次迭代计算所得的光斑中心
(x
i
‑1,y
i
‑1)
的距离，计算公式为：
[0029][0030]第四步，随着迭代的进行，光斑中心的纵坐标
y
i
逼近真值的趋势越来越缓，当前后两次光斑中心纵坐标差值
(y
i
‑
y
i
‑1)
与
(y
i
‑1‑
y
i
‑2)
的比值小于终止阈值时，迭代计算终止，当前光斑中心
(x
i
,y
i
)
即为最终的光斑中心坐标
。
终止条件计算公式为：
[0031][0032]其中，
σ
为终止阈值，
σ
∈[0.001,0.01]，可按实际情况选取
。
[0033](
三
)
有益效果
[0034]上述技术方案所提供的抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，具有以下有益效果：
[0035](1)
本专利技术所述方法，针对光斑图像中椒盐噪声
、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，根据灰度阈值修正光斑图像灰度值，抑制部分椒盐噪声；第二步，利用灰度质心法计算光斑的初始中心与半径；第三步，以光斑初始中心横坐标
、
横向半径为初始值，迭代计算，使光斑中心坐标逼近真值；第四步，满足迭代终止条件，计算终止，获得光斑中心坐标
。2.
如权利要求1所述的抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，其特征在于，第一步中，图像分辨率为
m
×
n
，各像素灰度值为
G(x,y)
，则图像灰度修正值
G0'(x,y)
计算公式为：其中
T
为图像灰度阈值
。3.
如权利要求2所述的抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，其特征在于，第一步中，
T
的计算公式为：其中，
G
max
(x,y)
为光斑图像中的最大灰度值，
e
为自然常数
。4.
如权利要求3所述的抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，其特征在于，第二步中，初始光斑中心
(x0,y0)
与光斑半径
(r
x0
,r
y0
)
的计算公式分别为：的计算公式分别为：
5.
如权利要求4所述的抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，其特征在于，第三步中，
以初始光斑中心横坐标
x0、
横向半径
r
x0
为初始值，迭代计算，使每次迭代所得的光斑中心坐标
(x
i
,y
i
)
，尤其是纵坐标
y
i
不断逼近实际值
。6.
如权利要求5所述的抗成像噪声干扰的光斑中心定位方法，其特征在于，第三步中，第
i
次迭代的光斑中心坐标
(x
i
,y
i
)
与光斑半径
(r
xi
,r

【专利技术属性】
技术研发人员：姚林海，龙井宇，杨永安，梁晓东，杨修林，刘小强，陆培国，赵磊，卜英华，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：