论文研究-基于扫描法的激光光斑质心检测研究 .pdf

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基于扫描法的激光光斑质心检测研究,刘力,王立新,激光光斑质心检测是激光挠度/位移测量法、激光扫描三角法、激光准直仪和激光光斑分析仪等光电测量手段中的关键技术。本文针对激��
国武技论文在线 图 法检测的质心 实验系统构架 实验采用平板式扫描仪作为光探测器,其传感器为单元的线阵器件,相邻单 元间距为微米。测量系统置于防震平台上,实现全自动检测,采集的数据通过接口 连接计算机。当光路调整好后,计算杋可进行激光光斑图像采集,得到光朿横问能量分布。 采用 软件图像处理工具箱和界面设计,得到参数阈值可调的界面如图所示 Threshold □ Comert to bnary mot Cancel 图基于的参数阌值可调界面设计 扫描法测量标准值 实验本身存在热噪声、扫描仪杋械噪声、空间量化暎声和像素不均匀性所带来的噪声干 扰,且质心精度和信噪比成一定比例,因此,为了消除此类误差,需要设计一定的方法。 定个标准值作为理论的参考值,这样需要构造三个坐标点,点 点和之间的绝对距离为和。把和的值作为测量的标准值,下面的实验 中点固定,选取光斑质心作为点和,再计算一遍和,与标准的值作比较。如 图所 国武技论文在线 A 图只 三个坐标点 对同一位置扫描九次得到九幅图 表示第几幅图。通过图像处理计算得出结果 如表所示。 表图中的绝对距离和(单位) 由表可知只考虑扌描仪和大气传输的噪声时,理论上的标准距离误差为 扫描法检测实际值 与图不同,点还是固定的点,但点和为光斑的质心,这里光斑的位置并不需 要打在坐标上,减少图像处理算法的复杂度。这样,分析图和图得到的和,比较 每幅图之间的误差是不是在图的误差范围內。如果在,说明这个寻找质心的算法误差较小 算法可行;如若不在,说明寻找质心的算法本身存在较大误差,算法不可行。 图光斑质心为点 图光斑质心为点 通过图像处理算法计算出图和图中点坐标值如表及表所示 国武技论文在线 表扫描法检测图中点的坐标值(单位:像素) 表扫描法检测图中点的坐标值(单位:像素) 光强匹配法 构造个最旯点模板,通过对整幅图像进行搜索,标记出最亮点如下图所示。 图最亮点匹配法示意图 设计图像匹配搜索算法,计算出点和的坐标值,如下表所示 表光强匹配法检测的图中( )和图中( )坐标(单位:像素) 按照 分辨率由坐标值求距离,得出的距离如表所示 表光强匹配法检测的图中和图中单位 由表可知采用光强匹配算法得岀的实际距离误差范围为 质心法 本文设计的 质心法图像预处理算法步骤如下: ()对图像通过灰度化和反色后阙值选择得到光斑特征区域; ()模糊去噪( ,消除热噪声以及像素不均匀产生的噪声: ()再次进行阙佰选择,得到更清晰的光斑区域 )形态学处埋,选择中和合适的领域模板,对图像进行腐蚀和填充处理,以得 到连通域为的规则形状图形 ()边缘检测得到图像边缘,反复实验证明 边缘检测算法最好; ()对边缘再进行形态学 相关运算得到更连通的边缘 曲线,调用 函数,根据质心法原理计算质心。 国武技论文在线 读 图 灰度化 仲 滤 边缘检测 形态操作 平滑处理 轮廓线(定位) 图图像预处理流程图 表质心法的图中质心点和图中点坐标(单位:像素 按照 分辨率由坐标值求距离,得出的距离如表所示 表由质心法求出的图 和图中单位 由表可知采用质心法时,此算法得出的实际距离误差范围为 各算算法绝对距离误差比较 扫描法标准值绝对距离折线如图所示,光强匹配法实验距离折线如图所示,质心 法实验距离折线如图所小。 20 L30 0的习 2 图扫描法绝刈距离折线图 国武技论文在线 以图和表可知,理论上得出的标准值距离平均误差范围为 100 89 Sanple 图光强匹配法实验距离折线图 由图和表可知,采用最亮点匹配法平均误差在个之间,数据直线效果 般 9 图质心法实验距离折线图 由图和表可知,采用质心法,平均距离误差是 数据的直线效果更佳, 更接近标准距离折线图 分析和结论 通过上述算法、图像处理、坐标数值分析可知,对于得到的边缘图形,既非标准的圆形, 亦非椭圆形,而是去除边缘高斯噪声和平滑处理后呈现的不规则图形。相对于光强匹配法, 采用 数一阶质心法能更精确地得到质心的位置值,且绝对距离误差 在 以内,趋近理论标准值,是最优化的算法选择。 实验目的)要是达到亚像素级以内的精度,通过三个坐标法的处理,消除了机械误差 以及光斑传输过程中的光学成像系统误差和人气传输误差,从而保持了光斑传输的稳定性和 一致性,得到较高精度的质心巫标值。 如何能在实验中史高速更实时地获取帧图像以及相应的质心结果并实时反馈,需要对实 验平台进一步设计,对软件环境进一步系统级优化 [参考文献]( References) 李晓峰,罗彤,邓科,等采用的窄间光通信光斑位置提取重心算法的分析及实验光通信技术, 王亚基于图像的激光光斑识别和特性分析长春理工大学 徐亚明邢诚刘冠兰等几种激光光斑中心检测方法的比较海洋测绘 陈运锦冯莹魏立安等光斑质心亚像素定位误差的实验研究国防科学技术大学

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