几种激光光斑中心检测方法的比较

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1、第27卷第2期海洋测绘Vol127,No122007年3月HYDROGRAPHICSURVEYINGANDCHARTINGMar1,2007几种激光光斑中心检测方法的比较徐亚明,邢诚,刘冠兰,唐枫,余志奇(武汉大学测绘学院,湖北武汉430079)摘要:激光光斑位置的准确确定是决定测量系统精度高低的关键因素,所以激光光斑中心的定位就显得尤为重要。通过对模拟光斑图像进行计算,对常用的几种方法进行了比较并得出了结论。关键词:激光光斑中心;Zernike矩;亚像素定位中图分类号:P22512文献标识码:B文章编

2、号:1671-3044(2007)02-0074-03度方向大致分为4种(即水平、垂直、45b方向和1引言135b方向),并可以找到这个像素梯度方向的邻接由于激光具有良好的方向性,发散角小,所以目像素。前很多测量系统都采用激光技术作为辅助测量手(5)遍历图像。若某个像素的灰度值与其梯度段。激光光斑位置的准确确定是决定测量系统精度方向上前后两个像素的灰度值相比不是最大的,那高低的关键因素。通常在计算激光光斑中心位置前么将这个像素值置为0,即不是边缘。需要首先确定激光光斑的边缘位置,然后再计算出(6)使用累

3、计直方图计算两个阈值。凡是大于光斑中心位置。光斑边缘检测可以采用很多种边缘高阈值的一定是边缘;凡是小于低阈值的一定不是检测方法,如Canny算子(像素级定位)、八邻域方边缘。如果检测结果在两个阈值之间,则根据这个法(像素级定位)以及矩方法(亚像素定位)等边缘像素的邻接像素中有没有超过高阈值的边缘像素,检测方法对光斑边缘进行提取;对光斑中心的计算如果有,则它就是边缘,否则不是。可以用重心法、曲线拟合法等方法进行。本文利用212Zernike正交矩亚像素边缘检测人工光斑图像对几种光斑中心定位方法进行了比图像

4、f(x,y)的n阶m次Zernike正交矩的定较,通过对实验数据的分析发现,Zernike矩对噪声义为:不敏感,目标边缘的提取效果比较理想,再结合拟合n+1Znm=f(x,y)*Vnm(QH)QdQdH(3)法可以以较高精度获得光斑中心位置坐标。Pkx2+y2[1式中,*为卷积;Vnm(QH)为积分核函数;Vnm为与Vnm2几种检测方法介绍共轭。211Canny算子边缘检测计算图像的Zernike正交矩可以通过核函数对Canny算子提取边缘的原理及具体步骤如下。图像加权并在单位圆上积分求得。(1)首先用

5、2D高斯滤波模板与原始图像进行图1为边缘理想阶跃模型。图中L是边缘上的卷积,以消除噪声。直线,其方程为:l=xcosH+ysinH,其中(x,y)是原图(2)利用导数算子找到图像灰度沿着两个方向像中的某个像素点,也是单位圆圆心,背景的灰度和的导数Gx、Gy,并求出梯度的大小

6、G

7、,即:阴影部分的灰度分别为b和s+b,其中s为阶跃22

8、G

9、=Gx+Gy(1)幅度。(3)利用第(2)步的结果计算出梯度的方向为降低维数,可将图像顺时针旋转H角,此时H。即:图1中的边缘直线将垂直于x轴。具体计算步骤Gy为:(1

10、)首先在单位圆采样窗内(可用5@5窗口),H=artan(2)Gx计算Zernike矩Z00、Z11、Z20。(一般采用模板的方(4)求出边缘的方向以后,就可以把边缘的梯法);(2)计算旋转角H;(3)计算旋转矩Zc00、Zc11、收稿日期:2006-10-20;修回日期:2006-12-09作者简介:徐亚明(1964-),男,江苏泰兴人,博士,教授,博士生导师,主要从事数字近景摄影测量和形变监测理论和方法研究。E-mai:lymxu@sgg.whu.edu.cn。第2期徐亚明,等几种激光光斑中心检测方

11、法的比较75Zc20;(4)计算边缘参数l、s、b;(5)对图像中每一个3试验及结论像素按照上述方法计算其边缘参数,对s值进行阈值处理获得边缘。311实验为了比较文中涉及的几种算法,人工生成了一幅激光光斑图像(如图3),光斑的原始中心坐标是(200,200)。实验一中,图2的光斑图像是对图3中人工光斑的边界加入干扰而得到的,使光斑成为不对称的图形;实验二中,图4的光斑图像与实验一中图3的光斑图像是相同的,但两个实验所用的检测方法不同;图5所示的光斑图像是对图3所示的光斑图像加入了高斯噪声(均值为0,方差

12、为011);图图1理想阶跃模型6是Canny算子对图5进行处理后的结果;图7是亚像素边缘检测公式为:用Zernike矩算子对图5进行处理后的结果。xsxcosH=+l(4)ysysinH213重心法二值图像I(i,j)中的目标S的形心(x0,y0)为:EiI(i,j)Ei(i,j)IS(i,j)ISx0==EI(i,j)N(i,j)IS(5)EjI(i,j)Ej(i,j)IS(i,j)ISy0==EI(i,j)N(i,j)IS用形心法对目标