【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学工程，涉及一种哈特曼波前传感器光斑质心计算方法，尤其涉及一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法。
技术介绍
1、哈特曼波前传感器作为实时测量光束波前畸变的设备，具有结构简单、速度快、精度高、环境适应性好等优点，已逐渐成为光学像差检测、大气湍流测量、自适应光学校正等应用场景中一种主流的波前测量装置。目前常见的哈特曼波前传感器主要采用r.v.shack等人在1971年提出的改进型结构，参见“lenticular hartmann screen”[platt b.c andr.v.shack.[j].opt.sci.newsl.5,15-16,1971]，主要采用微透镜阵列对光波波前分割取样形成子孔径阵列。入射的光波经过微透镜阵列分割并汇聚到光电探测器(常用ccd或cmos相机)靶面上形成与子孔径一一对应的光斑阵列。光电探测器采集光斑阵列图像，计算提取各个子孔径中子光斑的质心位置偏移，即可得到子孔径内的波前斜率，最终就可通过波前复原算法重构输入光束的波前相位。
2、从上述原理可知，哈特曼波前传感器实现测量的原始数据为光斑阵列图像，从图像中提取的关键信息为每个子孔径内子光斑图像中子光斑质心数据。然而，当哈特曼波前传感器测量场景存在强背景光或者输入光束本身暗弱时，子光斑图像会存在较强噪声干扰，信噪比低，给定位子光斑信号、提取质心数据造成技术困难。为了实现对低信噪比质心数据提取，有采用自适应阈值、加权质心计算等方式降低噪声对质心计算影响，但主要适用于信噪比5～10以上场景，在更低的信噪比下方法难以适
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有子光斑质心提取算法在低信噪比时难以准确定位光斑信号并提取质心或者需要复杂的计算过程才能有效提取质心的技术问题，采用子窗口在图像中遍历求和的简单计算即可实现对子光斑图像信号有无判断和定位，无需提取训练模型或者参考模板，不改变现有质心计算的整理处理流程，具有实现简单、计算量小、可靠性高等优点，可显著提升哈特曼波前传感器对信噪比子光斑图像的质心提取能力和提取精度。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法，其特征在于设置子光斑信号搜索子窗口和子光斑质心计算子窗口，通过子光斑信号搜索子窗口的灰度值之和定位子光斑信号区域，再根据子窗口区域内外图像统计均值判断子光斑信号的有无，质心计算子窗口包含并大于子光斑信号搜索子窗口，将质心计算子窗口区域外图像信号置零后进行子光斑信号质心计算，具体通过以下步骤实现。
3、步骤1：设置子光斑信号搜寻子窗口尺寸m×m像素，以子光斑图像左上角为起点，以单像素为步长，以子窗口为计算区域，统计所有子窗口内像素灰度值之和isum_wnd与子窗口位置xwnd、ywnd，直至子窗口搜寻至图像右下角,完成对整个子光斑图像的遍历；
4、步骤2：找出像素灰度值之和最大的子窗口，定位该子窗口为子光斑信号区域,开窗位置xwnd_max,ywnd_max。
5、步骤3：计算子光斑信号区域内像素灰度平均值i_mean1和图像中子光斑信号区域外像素灰度平均值i_mean2；
6、步骤4：计算子光斑信号区域区域内外平均值之差百分比，判断子光斑信号区域内是否有子光斑信号。
7、步骤5：若无子光斑信号，则返回该子光斑图像中无光斑数据信号；若有子光斑信号，则设置子光斑质心计算子窗口为n×n像素，子光斑质心计算子窗口包含子光斑信号搜索子窗口，即n≥m，用阈值处理算法消除子光斑质心计算子窗口区域内图像数据噪声，并将该子光斑质心计算子窗口区域外图像数据置零，得到仅包含有效子光斑数据的有效信息图像；
8、步骤6：根据质心算法计算有效信息图像的质心位置，即可得到子光斑图像中光斑信号质心数据。
9、所述的子光斑信号搜寻子窗口尺寸m大于1并且小于子光斑图像分辨率。
10、所述的子光斑质心计算子窗口尺寸n不小于子光斑信号搜寻子窗口尺寸m，同时小于子光斑图像分辨率。
11、所述的阈值处理算法的阈值可以是提前设定的固定阈值、以子窗口区域内图像峰值百分比计算的阈值、子窗口区域内图像均值等。
12、本专利技术与现有技术相比有如下优点：首先本专利技术所述方法与神经网络类、图像相关类方法相比，不需要提前训练，也无需选择相关模板，实现简单；其次，与通过图像处理方法实现低信噪比子光斑图像去噪和质心提取的技术途径相比，本专利技术所述方法无需复杂的图像处理计算，也避免了因为图像处理算法改变图像中子光斑真实信息进而影响质心精度的问题，具有计算量小、稳定可靠的优点；最后，相比现有的各类阈值处理方法，本专利技术所述方法通过先定位子光斑信号区域，再对小区域内信号作阈值处理，区域外图像置零，可以有效避免因噪声残留点对质心计算的影响，适应的子光斑图像信噪比更低，噪声抑制的效果也更优。
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1.一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法，其特征在于，具体通过以下步骤实现，
2.根据权利要求1所述的一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法，其特征在于：子光斑信号搜寻子窗口尺寸m大于1并且小于子光斑图像分辨率。
3.根据权利要求1所述的一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法，其特征在于：子光斑质心计算子窗口尺寸n不小于子光斑信号搜寻子窗口尺寸m，同时小于子光斑图像分辨率。
4.根据权利要求1所述的一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法，其特征在于：阈值处理算法的阈值是提前设定的固定阈值、或者以子光斑信号区域内图像峰值百分比计算的阈值、或者子光斑信号区域内图像均值。
【技术特征摘要】
1.一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法，其特征在于，具体通过以下步骤实现，
2.根据权利要求1所述的一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心计算方法，其特征在于：子光斑信号搜寻子窗口尺寸m大于1并且小于子光斑图像分辨率。
3.根据权利要求1所述的一种哈特曼波前传感器低信噪比子光斑图像质心...
【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，杨平，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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