[發明專利]一種用于定位系統的光斑圖像亞像素級別重心提取方法

在審

• 申請號: 202011049755.2
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112270703A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 陳梅云;張智勇;吳衡;龐水玲;陳錦標;覃勝均;張啟洋;羅龍俊
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06T7/66
• 分類號: G06T7/66;G06T7/187;G06T7/269;G06T7/70;G06T7/90;G06T7/11;G06T5/30;G06T5/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 孔祥健

本發明公開了一種用于定位系統的光斑圖像亞像素級別重心提取方法，包括以下步驟：S1、獲取定位系統的原始光斑圖像Img1；S2、對原始光斑圖像Img1進行預處理，得到圖像Img2；S3、利用光斑圖像的連通特性，運用二值圖像連通域標記法將圖像Img2的連通區域作同一個標記，根據連通域標記的參數對圖像進行分割，將多個光斑轉化成單光斑的定位問題；S4、利用質心法對每個連通區域光斑圖像的重心進行初步定位，然后取整，得到整像素級別的重心坐標；S5、將梯度法運用到重心提取中，得到亞像素級別的重心坐標。本發明具有計算簡單、運算速度快、提取精度高等優點。

技術領域

本發明涉及圖像處理的技術領域，尤其涉及到一種用于定位系統的光斑圖像亞像素級別重心提取方法。

背景技術

光斑圖像重心定位是一種光斑圖像處理的重要技術。光斑重心定位技術廣泛的應用于計算機視覺、醫學成像、激光制導以及通信等領域。例如在新一代空間衛星激光通信中，探測器采集到的光斑位置信息是指導衛星激光通信終端實時調整天線的對準角度、實現高精度跟蹤的重要信息。因此，提取光斑重心的精確位置對提高瞄準捕獲跟蹤精度，保證整個定位系統的正常運轉顯得尤為重要。

關于光斑的重心定位方法，常用有質心法、Hough變換法、圓擬合法、高斯曲面擬合法。這些算法雖然能在一定范圍內滿足各類光學測量場合的光斑定位要求，但也存在局限性。如：質心法和圓擬合法計算速度快，但精度一般；Hough變換法在光斑邊緣較清晰時精度高，但耗時較長，易受干擾；高斯擬合法精度較高，但算法復雜，運算量大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于定位系統的光斑圖像亞像素級別重心提取方法，在運用質心法提取整像素光斑重心的基礎上，利用梯度法對初步定位的光斑重心進行再運算，獲得精度更高的亞像素級重心坐標。。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：

一種用于定位系統的光斑圖像亞像素級別重心提取方法，首先利用質心法得到光斑重心位置，然后通過取整的方式獲得整像素級別精度的重心坐標，最后將梯度法運用到重心提取中，得到亞像素級別的重心坐標。

進一步地，包括以下步驟：

S1、獲取定位系統的原始光斑圖像Img1；

S2、對原始光斑圖像Img1進行預處理，得到圖像Img2；

S3、利用光斑圖像的連通特性，運用二值圖像連通域標記法將圖像Img2的連通區域作同一個標記，根據連通域標記的參數對圖像進行分割，將多個光斑轉化成單光斑的定位問題；

S4、利用質心法對每個連通區域光斑圖像的重心進行初步定位，然后取整，得到整像素級別的重心坐標P(x₀,y₀)；

S5、將梯度法運用到重心提取中，得到亞像素級別的重心坐標。

進一步地，所述步驟S1利用調制器將信息源發送的信息調制到激光載波上，信息隨著激光載波傳送出去，當接收端CCD探測器接收到來自另一終端的信標光后，獲得定位系統的原始光斑圖像Img1。

進一步地，所述步驟S2對原始光斑圖像Img1進行預處理從而得到圖像Img2的具體過程如下：

S2-1、對原始光斑圖像Img1進行灰度化；

S2-2、使用最大類間方差法找到合適的閾值T將Img1二值化；

S2-3、對二值圖像執行形態學閉運算，先膨脹運算再腐蝕操作，進行非線性濾波去噪得到圖像Img2。

進一步地，所述步驟S4利用質心法對每個連通區域光斑圖像的重心進行初步定位，然后取整，得到整像素級別的重心坐標P(x₀,y₀)；質心法計算的光斑重心坐標公式如下：