[发明专利]一种基于灰度分布建模的光斑中心提取方法及装置

权利要求书

1.一种基于灰度分布建模的光斑中心提取方法，其特征在于，步骤如下：

S1，建立Zernike描述下的象差表达，并以几何光学追迹的方式建立象差影响下光斑的原始模型；

S2，根据光学和摄像学理论查找光斑灰度分布的极值，找到分布中的全局最大值，得到模型光斑中心；

S3：获得实际光斑的灰度分布，对图像进行预对齐和填充，并预估实际光斑中心；

S4：计算模型光斑与实际光斑的相关系数，循环进行光斑旋转，循环的结束条件是相关系数最大；

S5：以相关系数作为反馈量，循环更改步骤S1中的Zernike多项式的系数，从而改变模拟光斑，使模拟光斑与实际光斑达到最大匹配；循环终止后选择相关系数最大的球差项系数作为最终的光斑模型输出；

S6：以步骤S5得到的模型光斑及光斑中心作为标准，将预估光斑中心向其像素的8邻域移动，并将移动后的实际光斑与模型光斑对齐，计算8邻域的相关系数，得到相关系数的最大方向和次最大方向；

S7：判断最大方向和次最大方向的关系，如果相邻，则两个方向的向量相加，并因此向量移动实际光斑，否则以最大向量方向移动实际光斑。

2.根据权利要求1所述的一种基于灰度分布建模的光斑中心提取方法，其特征在于，步骤S4中光斑旋转的方法为：以模型光斑中心为旋转中心进行图像旋转；每旋转一个步进角都需要求取模型光斑和实际光斑的相关系数并记录；在模型光斑旋转一周后，选取相关系数最大的旋转角度作为模型旋转的最终值；以最终值旋转光斑，并将补0部分删除。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于灰度分布建模的光斑中心提取方法，其特征在于，步骤S5的具体步骤包括：保持实际光斑姿态不变，设定模型光斑中的彗差项系数为60度，以一定步进不断更改球差项系数并输出新的模型光斑，按所述步骤S1至S4求取新的相关系数并记录。

4.一种基于灰度分布建模的光斑中心提取装置，其特征在于，包括象差描述模块、光学追迹和摄像学投影模块、中心点预估与交互模块、光斑旋转模块、模型变化模块、邻域梯度判断模块、光斑平移模块和相关系数计算模块，其中，所述象差描述模块、光学追迹和摄像学投影模块、中心点预估与交互模块、光斑旋转模块、模型变化模块、邻域梯度判断模块、光斑平移模块依次相连；所述光斑旋转模块、模型变化模块、邻域梯度判断模块都与相关系数计算模块相连；所述模型变化模块与象差描述模块相连，象差描述模块用来改变模型变化模块的系数；

所述象差描述模块中，象差被表示为Zernike多项式的形式，并作用于光学追迹与摄像学投影模块中作为光源波前的描述；

所述中心点预估与交互模块，可以在图形界面中点选中心点；

所述光斑旋转模块，将光斑以中心点进行旋转，不改变光斑图像的分辨率和图像大小，对于旋转后超出图像范围的部分光斑将进行剪切；

所述模型变化模块中，光斑模型的各项系数将会随着实际光斑的分布不断变化，模型光斑将趋向于实际光斑；

所述邻域梯度判断模块，将相关系数模块的输出值做存储并分析其最大值和次最大值，判断最大值是否大于阈值以选择是否结束该模块任务；判断最大值与次最大值在像素上的物理位置以选择模块输出；

所述光斑平移模块，使用邻域梯度判断模块的输出将实际光斑做平移，输出平移后的光斑图像；

所述相关系数模块，处理其他模块计算相关系数的需求，并将结果返回给各模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于灰度分布建模的光斑中心提取装置，其特征在于，所述光斑旋转模块依次连接图像补全单元、图像中心旋转单元和图像恢复单元；所述图像补全单元中，将以光斑中心为图像的几何中心对图像进行补全，补全的部分将填写0值；所述图像中心旋转单元中，图像将以光斑中心，也就是此时的图像几何中心，进行旋转；所述图像恢复单元中，图像会把图像补全单元补写的部分删去。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于灰度分布建模的光斑中心提取装置，其特征在于，所述邻域梯度判断模块包括邻域试探单元、记录单元和判断比较单元；所述邻域试探单元中，光斑中心被依次平移到中心8邻域的像素点作为试探；所述记录单元中，平移后计算得到的相关系数被记录在8*1的向量中；所述判断比较单元，调取所述记录单元中的相关系数向量，如果向量中的最大值和次最大值在物理上相邻，则输出最大与次最大方向的叠加，否则输出相关系数最大值所对应的平移方向。