[发明专利]一种光斑图像修整方法

说明书

本发明提供一种光斑图像修整方法，包括以下步骤：图像预处理；光斑几何边缘与光斑物理边缘的提取；光斑几何边缘与光斑物理边缘围成的中间环形区域去杂点；所述中间环形区域灰度均匀化；所述中间环形区域边缘外围区域灰度修整。本发明以视觉图像处理为基础，结合激光能量分布理论，对图像灰度进行修整，既提升了图像清晰度与信噪比，又提高了视觉图像处理抗干扰性，从而可以更准确识别模糊、发散光斑的中心位置，提高了视觉图像处理方法的精度与使用范围。同时避免基于能量分布的光斑图像处理方法对噪声敏感的缺点，解决激光光束远距离传播造成光斑位置难以识别的问题。

技术领域

本发明属于机器视觉测量领域，具体涉及一种光斑图像修整方法。

背景技术

一些精密光学测量系统中，逐渐使用激光和机器视觉相结合的方法对位移、高度差等物理量进行精确测量，主要原理为通过采集激光光斑图像，利用图像灰度处理的方法识别光斑中心位置的变化，利用此中心位置变化反映被测物理量。由于激光在大气中传播距离较长时产生发散和模糊变形的现象，使得光斑边缘中混入较强的连续噪声，影响光斑中心位置识别，从而影响测量精度。

目前已有的激光光斑图像处理方法主要为两类，一类为通过视觉图像处理方法，另一类为基于激光能量分布处理方法。基于视觉图像处理方法主要特点为通过阈值分割对图像进行处理，具有一定抗干扰能力，计算速度快、精度较高，其阈值的合理设定为关键因素，而模糊光斑图像的边缘区域中，噪声和有用信号通常混在一起，难以通过阈值分割识别准确光斑区域。另一类为基于能量分布的光斑图像处理方法，其主要特点为通过波动光学理论与高斯分布可计算光斑任意一点处的理论能量，并通过高斯拟合计算光斑中心位置。该方法可准确计算光斑区域与对应能量值，进而推算光斑图像相应灰度值，但抗干扰能力较差，仅适用于光斑清晰、能量集中的场合。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。本发明针对现有光斑图像处理方法中无法对模糊、发散的光斑图像进行准确识别的问题，综合视觉图像处理与激光能量分布的方法，以视觉图像处理为基础，通过激光能量分布对光斑图像灰度进行修整，提供一种光斑图像灰度修整方法，消除光斑发散、畸变形成的噪声，提高图像清晰度从而提高光斑位置识别精度。该方法特别适用于激光在大气中传播距离较长时产生光斑发散和模糊变形的场合，通过对激光光斑图像灰度修整，以提高光斑位置识别准确性。

本发明的技术方案是：本发明通过对激光光斑灰度图像中值滤波，并进行图像对比度调整及图像频域滤波，实现对激光光斑灰度图像预处理；利用Canny算子提取光斑几何边缘，并采用最小二乘圆拟合计算光斑中心位置，由光斑中心位置灰度值为中心，遍历图像各个方向，寻找距离光斑中心位置最近、且灰度为中心点灰度1/e²倍的边缘像素点，边缘像素点的集合形成环状，环状作为光斑物理边缘；在光斑几何边缘与物理边缘围成的中间环形区域，对每个点进行窗口去杂点，并以光斑中心位置辐射方向为行，计算行灰度均值，对环形区域灰度进行均匀化处理；依据光斑灰度分布，进行灰度分布截面高斯拟合，将中间环形区域边缘外围区域的灰度值置为相应拟合函数的值，得到所需要的修整图像。根据边缘提取、几何中心计算方法再次计算修整图像中光斑几何中心位置，与修整前图像的中心位置相比，精度更高，从而解决激光光束在大气中传播时光斑发散、畸变造成光斑中心位置识别困难、误差大的问题。

一种光斑图像修整方法，包括以下步骤：

图像预处理：将光斑图像进行预处理去噪，得到预处理后的光斑图像；

光斑几何边缘与光斑物理边缘的提取：利用Canny算子提取光斑几何边缘，并通过最小二乘圆拟合计算光斑中心位置；由光斑中心位置出发遍历图像各个方向，寻找离光斑中心位置最近、且灰度为中心点灰度1/e²倍的边缘像素点，所述边缘像素点的集合形成环状，所述环状作为光斑物理边缘；

光斑几何边缘与光斑物理边缘围成的中间环形区域去杂点；

所述中间环形区域灰度均匀化；