[发明专利]综合诊断光路快速自动准直系统弱对比度纹影小球中心计算方法

说明书

本申请提出一种综合诊断光路快速自动准直系统弱对比度纹影小球中心计算方法，能够满足综合诊断准直系统对于纹影小球精度和光路准直效率的要求。该方法包括以下步骤：首先，对原始图像进行线性灰度变换，增强纹影小球目标和背景区域的对比度，并利用最大类间方差法对线性灰度变化图像进行二值化；其次，使用腐蚀和膨胀等数字形态学运算，使得背景区域形成一个连续的连通域，搜索最大的连通区域为背景区域。然后，将数字形态学处理图像和背景区域图像进行或非等运算，获得纹影小球目标。最后，在边缘检测的基础上，使用最小二乘法拟合纹影小球的中心和半径。

技术领域

本申请涉及一种平面上弱对比度目标检测方法。

背景技术

在大型激光装置中，为了对高通量下的关键光学元器件、组件或系统的负载能力进行综合验证，需要建立一套激光参数综合诊断系统，该系统是一个多功能、高精度的激光参数诊断平台，用来精密诊断装置输出激光光束的特性，为研究频率转换组件及相关科学技术问题提供全面、精确的激光参数。在所有参数诊断任务中，最要的任务之一就是对高动态范围远场焦斑进行测量。对于高动态范围远场焦斑的测量，一般采用纹影法测量，即主瓣、旁瓣分开测量，用纹影挡光测旁瓣，主瓣放大，拼接实现高动态范围的焦斑测量的方法。

根据纹影法测量的原理，就必须获得准确的主瓣和旁瓣光斑，特别是旁瓣光斑，需要使用纹影小球精确遮挡旁瓣图像的中心，这就需要对光路进行准直。在光路准直过程中需要对各个监视位置的光路进行采集并判读光束位置，以确定光束收敛尺寸和方法。但是，由于各个监视位置的需要监视的对象不同，导致每个监视位置采集到的图像特性不同。例如：在光路调整初期，需要光束穿孔，因此采集的图像为圆型的小孔图像；而在对后半程光路的调整过程中，需要让纹影小球遮挡旁瓣中心，采集到纹影小球图像具有以下三个特点：1)纹影小球为黑色，2)小球被明亮区域包围，3)明亮区域周围又被黑色区域包围的纹影小球图像。由于需要用纹影小球准确遮挡旁斑图像的中心(误差小于2个像素)，这样才能采集到旁瓣中心被完全遮挡住而旁瓣周围区域细节清晰的主斑分布图像。如果遮挡效果不好，就会在纹影小球区域出现饱和区域，无法完成准确的拼接。因此，必须提出一种新方法，在弱对比度的情况下，能够准确计算纹影小球中心，使得采集旁瓣图像求中心并移动纹影XY电机这个光束收敛过程完成后，能够准确遮挡旁瓣图像中心，为最终远场焦斑图像的自动重构提供了重要保障。

发明内容

为了满足综合诊断准直系统对于纹影小球精度和光路准直效率的要求，本申请提出一种综合诊断光路快速自动准直系统弱对比度纹影小球中心计算方法。

本申请的技术方案如下：

首先，对原始图像进行线性灰度变换，增强纹影小球目标和背景区域的对比度，并利用最大类间方差法对线性灰度变化图像进行二值化；

其次，使用腐蚀和膨胀等数字形态学运算，使得背景区域形成一个连续的连通域，搜索最大的连通区域为背景区域。

然后，将数字形态学处理图像和背景区域图像进行或非等运算，获得纹影小球目标。

最后，在边缘检测的基础上，使用最小二乘法拟合纹影小球的中心和半径。

本申请具有以下有益效果：

本申请中，首先使用线性灰度变换增强图像对比度，对图像进行二值化；其次使用BLOB技术寻找背景区域，再对纹影小球背景区域进行剪裁，排除了背景区域的影响；最后使用最小二乘法，纹影小球中心的计算。实验结果表明，本申请能计算出小球区域灰度和背景区域灰度差大于10的纹影小球中心，圆拟合法和真实值之间的误差小于2个像素，满足综合诊断准直系统对于纹影小球精度小于3个像素的要求。同时，计算纹影小球中心整个算法耗时很少，为整个准直过程节约了时间，提高了综合诊断系统对于光路准直的效率。

附图说明

图1为本申请的数据处理流程。

图2为灰度变换曲线。