專利名稱：快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，特別是涉及一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位方法及裝置。
背景技術(shù)：
光斑圖像是機(jī)器視覺(jué)和模式識(shí)別中常見(jiàn)的圖像信息，光斑中心是光斑圖像的特征。光斑中心被廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)中的目標(biāo)跟蹤，視覺(jué)檢測(cè)中高精度三維測(cè)量的特征點(diǎn)提取，以及空間應(yīng)用的深空激光通訊中激光光斑中心的定位、姿態(tài)測(cè)量部件星敏感器的星點(diǎn)定位、太陽(yáng)敏感器的太陽(yáng)光斑定位。
目前，對(duì)光斑中心的定位方法可分為兩大類基于灰度的定位方法和基于邊緣的定位方法。其中，基于灰度的定位方法一般是利用目標(biāo)光斑圖像的灰度分布信息進(jìn)行定位，可采用質(zhì)心法、曲面擬合法等等；基于邊緣的定位方法一般是利用目標(biāo)光斑圖像的邊緣形狀信息進(jìn)行定位，包括邊緣圓(橢圓)擬合、哈夫(Hough)變換等等。
基于灰度的定位方法比基于邊緣的定位方法具有更高的精度，通常，基于灰度的曲面擬合法采用高斯曲面對(duì)目標(biāo)光斑圖像的灰度分布進(jìn)行擬合，但常用的二維高斯曲面函數(shù)的計(jì)算比較復(fù)雜，因此，質(zhì)心法由于實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單且定位精度較高，成為使用最多的一種定位方法。質(zhì)心法有一些改進(jìn)的形式，主要包括帶閾值的質(zhì)心法和平方加權(quán)質(zhì)心法，其中，帶閾值的質(zhì)心法相當(dāng)于將原圖像與背景閾值相減，對(duì)原圖像中大于閾值的像素點(diǎn)求質(zhì)心；平方加權(quán)質(zhì)心法采用灰度值的平方代替灰度值作為權(quán)值，該方法突出了離中心較近的較大灰度值像素點(diǎn)對(duì)中心位置的影響。
現(xiàn)有技術(shù)中，在實(shí)時(shí)性要求較高的視覺(jué)動(dòng)態(tài)跟蹤、測(cè)量以及小型化要求的空間應(yīng)用中，光斑中心定位是對(duì)大數(shù)據(jù)量的圖像進(jìn)行處理，且這些處理過(guò)程存在很大的并行性，包括操作并行、圖像并行、鄰域并行、像素位并行等。但是，目前光斑中心的定位方法主要是在計(jì)算機(jī)上由軟件實(shí)現(xiàn)的，由于軟件實(shí)現(xiàn)是按指令方式串行執(zhí)行的，使得光斑中心定位成為圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理的瓶頸。故此，在實(shí)時(shí)光斑中心定位方面，美國(guó)的噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(JPL)提出了一種基于窗口的質(zhì)心定位裝置，該裝置采用模擬電路實(shí)現(xiàn)并嵌入在圖像傳感器芯片中。這種質(zhì)心定位裝置可同時(shí)對(duì)多個(gè)窗口進(jìn)行圖像質(zhì)心定位，但由于該裝置主要采用的是模擬電路，且采用基于窗口的數(shù)據(jù)處理方式，所以在實(shí)現(xiàn)上存在以下缺陷1)光斑處理窗口設(shè)定不靈活，不能設(shè)定太大窗口，否則會(huì)將窗口中可能存在的兩個(gè)以上光斑當(dāng)作一個(gè)光斑進(jìn)行處理，得到的結(jié)果有誤差；2)必須預(yù)先知道光斑在圖像中的大致位置和范圍，才能進(jìn)行窗口的設(shè)定；3)受到處理速度和傳輸速度的限制，不能設(shè)置太多的窗口，因此當(dāng)圖像中光斑數(shù)目多時(shí)，不能獲取圖像中所有的光斑；4)由于采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，該方法對(duì)噪聲比較敏感，而噪聲的存在會(huì)對(duì)定位產(chǎn)生較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位方法，能提高光斑圖像質(zhì)心定位中的數(shù)據(jù)處理速度和抗噪聲能力，且能對(duì)任意大小的任意多個(gè)光斑圖像進(jìn)行處理。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位裝置，能解決光斑圖像質(zhì)心定位中大數(shù)據(jù)量圖像預(yù)處理的瓶頸問(wèn)題和噪聲敏感問(wèn)題，并能對(duì)任意大小的任意多個(gè)光斑圖像進(jìn)行處理。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位方法，包括以下步驟A、對(duì)像素灰度值進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算，并判斷經(jīng)高斯卷積運(yùn)算后的像素灰度值是否大于預(yù)設(shè)閾值，如果是，執(zhí)行步驟B，否則，執(zhí)行步驟C；
B、對(duì)當(dāng)前讀取像素進(jìn)行標(biāo)記，識(shí)別當(dāng)前像素所屬光斑，并計(jì)算當(dāng)前像素灰度值和坐標(biāo)值的乘積與已處理的同一光斑所有像素灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值，當(dāng)前像素的灰度值與已處理的同一光斑所有像素灰度值的累加值，保存得到的累加值，執(zhí)行步驟D；C、將當(dāng)前像素標(biāo)記為背景像素，并判斷是否調(diào)整當(dāng)前像素所屬光斑的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如果是，則調(diào)整當(dāng)前像素所屬光斑的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，否則執(zhí)行步驟D；D、判斷是否處理完整個(gè)輸出圖像，如果未處理完，則返回步驟A，如果處理完，計(jì)算步驟B所得到的各個(gè)光斑灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值與灰度值累加值之商，并將得到的商作為各個(gè)光斑圖像質(zhì)心坐標(biāo)值輸出。
其中，所述步驟B中，在標(biāo)記的同時(shí)進(jìn)一步包括合并同一光斑中等價(jià)標(biāo)記的步驟。所述進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算之前進(jìn)一步包括讀取當(dāng)前像素灰度值，并將當(dāng)前所讀的像素灰度值進(jìn)行緩存。
上述方法中，步驟B所述對(duì)當(dāng)前像素進(jìn)行標(biāo)記進(jìn)一步包括B11、判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值是否為零，如果不為零，則將當(dāng)前像素標(biāo)記為左邊像素的標(biāo)記值，執(zhí)行步驟B13，否則，執(zhí)行步驟B12；B12、判斷當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值是否不為零，如果是，則將當(dāng)前像素標(biāo)記為上方像素的標(biāo)記值，執(zhí)行步驟B13，否則，將當(dāng)前像素標(biāo)記為新標(biāo)記值，并更新新標(biāo)記值；B13、將當(dāng)前像素標(biāo)記值賦給左標(biāo)記參數(shù)和上標(biāo)記參數(shù)組中對(duì)應(yīng)的標(biāo)記參數(shù)。
上述方法中，所述合并同一光斑中等價(jià)標(biāo)記進(jìn)一步包括B21、判斷當(dāng)前像素左邊像素和上方像素的標(biāo)記值，如果均為零，則將當(dāng)前像素對(duì)應(yīng)的等價(jià)標(biāo)記參數(shù)置為新等價(jià)標(biāo)記值，更新新等價(jià)標(biāo)記值，執(zhí)行步驟B22；如果均不為零，且二者不相等，則將合并標(biāo)記數(shù)+1，執(zhí)行步驟B22；B22、判斷合并標(biāo)記數(shù)是否為1，如果合并標(biāo)記數(shù)為1，則將當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記合并為當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記，并更新新等價(jià)標(biāo)記值為前一新等價(jià)標(biāo)記值；如果合并標(biāo)記數(shù)不為1，則執(zhí)行步驟B23；
B23、判斷當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記值與當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記值是否相等，如果不相等，則合并等價(jià)數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記合并為當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記，如果相等，則不作處理。
上述方法中，所述步驟C進(jìn)一步包括將上標(biāo)記參數(shù)組、左標(biāo)記參數(shù)清零；步驟C所述判斷為判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值是否大于零，如果是，則調(diào)整當(dāng)前像素所屬光斑的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，否則不調(diào)整；所述調(diào)整為將累加器的值累加到等價(jià)標(biāo)記值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并將累加器清零。
本發(fā)明還提供一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位裝置，包括高斯濾波單元、光斑識(shí)別單元和光斑質(zhì)心計(jì)算單元，其中，高斯濾波單元，用于對(duì)輸出圖像像素的灰度值進(jìn)行高斯濾波，并將經(jīng)過(guò)高斯濾波處理的像素灰度值送至光斑質(zhì)心計(jì)算單元；光斑識(shí)別單元，用于接收光斑質(zhì)心計(jì)算單元輸入的進(jìn)行光斑識(shí)別的控制信號(hào)，完成光斑圖像的像素標(biāo)記；光斑質(zhì)心計(jì)算單元，根據(jù)像素標(biāo)記值進(jìn)行不同光斑圖像質(zhì)心的計(jì)算，并將最后的計(jì)算結(jié)果輸出。
所述光斑識(shí)別單元進(jìn)一步包括標(biāo)記判斷器、左標(biāo)記寄存器、上標(biāo)記寄存器組、當(dāng)前標(biāo)記寄存器、新標(biāo)記寄存器；其中，標(biāo)記判斷器，用于對(duì)像素進(jìn)行標(biāo)記；左標(biāo)記寄存器、上標(biāo)記寄存器組、當(dāng)前標(biāo)記寄存器、新標(biāo)記寄存器，用于存儲(chǔ)并向標(biāo)記判斷器提供當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素的標(biāo)記值、新標(biāo)記值。
所述光斑識(shí)別單元還包括合并等價(jià)標(biāo)記判斷器、合并標(biāo)記寄存器、新等價(jià)標(biāo)記寄存器、等價(jià)標(biāo)記緩存器；其中，合并等價(jià)標(biāo)記判斷器，用于對(duì)同一光斑中的等價(jià)標(biāo)記進(jìn)行合并；等價(jià)標(biāo)記緩存器，用于存儲(chǔ)合并后的等價(jià)標(biāo)記值；合并標(biāo)記寄存器，用于存儲(chǔ)合并標(biāo)記值；新等價(jià)標(biāo)記寄存器，用于向合并等價(jià)標(biāo)記判斷器提供新等價(jià)標(biāo)記值；左標(biāo)記寄存器、上標(biāo)記寄存器組、當(dāng)前標(biāo)記寄存器，進(jìn)一步用于向合并等價(jià)標(biāo)記判斷器提供當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素的標(biāo)記值。
上述裝置中，所述高斯濾波單元進(jìn)一步包括圖像緩存和高斯卷積運(yùn)算單元，其中，圖像緩存，用于緩存所讀出像素的灰度值，并提供給高斯卷積運(yùn)算單元；高斯卷積運(yùn)算單元，用于對(duì)緩存的像素灰度值完成高斯卷積運(yùn)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出給光斑質(zhì)心計(jì)算單元。
所述光斑質(zhì)心計(jì)算單元進(jìn)一步包括行列計(jì)數(shù)器，用于計(jì)算并提供每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值；閾值比較器，用于比較高斯卷積運(yùn)算單元輸出的經(jīng)過(guò)高斯卷積運(yùn)算的像素灰度值和預(yù)設(shè)閾值，并將比較結(jié)果作為控制信號(hào)輸出；第一和第二乘法器，分別用于計(jì)算像素灰度值和x坐標(biāo)值的乘積、像素灰度值和y坐標(biāo)值的乘積；第一和第二加法器，分別用于計(jì)算像素灰度值和x坐標(biāo)值乘積的累加值、像素灰度值和y坐標(biāo)值乘積的累加值，并將得到的累加值分別送至第一和第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；第三加法器，用于計(jì)算像素灰度值的累加值，并將得到的累加值送至第三數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；第一、第二和第三數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，分別用于存儲(chǔ)像素灰度值和x坐標(biāo)值乘積的累加值、像素灰度值和y坐標(biāo)值乘積的累加值、像素灰度值的累加值；第一除法器和第二除法器，分別用于計(jì)算像素灰度值和x坐標(biāo)值乘積累加值與像素灰度值累加值之商、像素灰度值和y坐標(biāo)值乘積累加值與像素灰度值累加值之商。
本發(fā)明所提供的快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位方法及裝置，對(duì)輸出圖像的像素灰度值進(jìn)行高斯濾波處理后，對(duì)輸出圖像的每個(gè)像素同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記和計(jì)算處理，從而能快速地對(duì)一個(gè)或多于一個(gè)的光斑圖像進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與處理。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明采用高斯加權(quán)的質(zhì)心定位方法，對(duì)輸出的圖像數(shù)據(jù)先進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算，完成高斯濾波，再進(jìn)行光斑識(shí)別，進(jìn)而提高了該方法和裝置的抗噪聲能力，實(shí)現(xiàn)了高精度的定位。
2)本發(fā)明是對(duì)整個(gè)輸出圖像的每個(gè)像素進(jìn)行標(biāo)記、處理，而不是采用窗口形式，因此可識(shí)別和處理圖像中任意多個(gè)光斑，且光斑的大小和形狀不受限制。
3)本發(fā)明在光斑初始標(biāo)記時(shí)，由于對(duì)同一光斑可能存在一個(gè)以上等價(jià)標(biāo)記，使得同一光斑的圖像數(shù)據(jù)存在一個(gè)以上數(shù)據(jù)緩存器中，因此，本發(fā)明在標(biāo)記像素的同時(shí)對(duì)屬于同一光斑的等價(jià)標(biāo)記進(jìn)行合并，通過(guò)合并等價(jià)標(biāo)記及等價(jià)標(biāo)記值的壓縮，將屬于同一光斑的圖像數(shù)據(jù)緩存于同一數(shù)據(jù)緩存器中，能大大節(jié)省數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。
4)由于本發(fā)明將標(biāo)記像素、合并等價(jià)標(biāo)記、對(duì)像素的累加計(jì)算并行實(shí)現(xiàn)，且采用FPGA硬件裝置實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，因此解決了大數(shù)據(jù)量圖像預(yù)處理的瓶頸問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)更新率最高能達(dá)到30MHz，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的質(zhì)心提取。


圖1為本發(fā)明光斑圖像質(zhì)心定位方法一具體實(shí)施例的流程圖；圖2為圖1所示流程中進(jìn)行像素標(biāo)記的流程圖；圖3為經(jīng)過(guò)標(biāo)記的一種光斑圖像示意圖；圖4為圖1所示流程中進(jìn)行合并等價(jià)標(biāo)記的流程圖；圖5為圖3所示光斑圖像進(jìn)行等價(jià)標(biāo)記合并后的光斑圖像示意圖；圖6為本發(fā)明光斑圖像質(zhì)心定位裝置一具體實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的基本思想是先對(duì)輸出圖像的像素灰度值進(jìn)行高斯濾波處理，再對(duì)輸出圖像的每個(gè)像素同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記和計(jì)算處理，從而能對(duì)一個(gè)或多于一個(gè)的光斑圖像進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和處理。
這里，所述標(biāo)記和計(jì)算處理具體是對(duì)每個(gè)輸出像素進(jìn)行比較，對(duì)每個(gè)光斑像素進(jìn)行標(biāo)記，并在需要時(shí)對(duì)同一光斑中的不同像素進(jìn)行等價(jià)標(biāo)記合并，以保證同一光斑的每個(gè)像素給予相同的標(biāo)記，不同光斑像素標(biāo)記不同；在標(biāo)記、合并的同時(shí)對(duì)相同標(biāo)記的像素進(jìn)行灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加以及灰度值的累加處理；在整個(gè)圖像數(shù)據(jù)輸出結(jié)束后，將相同標(biāo)記的像素的灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值與灰度值的累加值相除，得到每個(gè)光斑的質(zhì)心定位坐標(biāo)。如此，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多光斑、大小形狀不限的光斑的快速高精度光斑質(zhì)心定位。
從現(xiàn)有技術(shù)的質(zhì)心定位過(guò)程可以看出，噪聲對(duì)定位精度影響很大，因此，本發(fā)明中采用高斯加權(quán)質(zhì)心定位方法，即在質(zhì)心定位時(shí)不采用原圖像像素灰度值進(jìn)行計(jì)算，而是通過(guò)公式(1)對(duì)原圖像像素的灰度值進(jìn)行高斯濾波，再采用原圖像像素經(jīng)過(guò)高斯濾波后的灰度值進(jìn)行計(jì)算。
I(x,y)=Σi=-k2k2Σj=-k2k2F(x+i,y+j)g(i,j)---(1)]]>公式(1)中，F(xiàn)(x，y)表示輸出圖像數(shù)據(jù)灰度值，I(x，y)表示高斯卷積處理后輸出圖像數(shù)據(jù)的灰度值，g(i，j)表示高斯濾波系數(shù)。
圖1所示為本發(fā)明光斑圖像質(zhì)心定位方法一具體實(shí)施例的處理過(guò)程，參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的光斑圖像質(zhì)心定位方法包括以下處理步驟步驟101讀取當(dāng)前像素灰度值，并將當(dāng)前所讀取的像素灰度值進(jìn)行緩存。
這里，所述緩存像素灰度值，一般是根據(jù)高斯卷積模版大小，即輸出圖像的行數(shù)據(jù)量來(lái)確定，比如高斯卷積模版是7×7的，則每次緩存6行數(shù)據(jù)，讀出第7行后再進(jìn)行后續(xù)處理。
步驟102～103對(duì)緩存的灰度值進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算，并將高斯卷積運(yùn)算后得到的像素灰度值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，運(yùn)算后像素灰度值是否大于設(shè)定閾值，如果是，則表示當(dāng)前像素是光斑，執(zhí)行步驟104進(jìn)行光斑識(shí)別；否則，表示當(dāng)前像素是背景，執(zhí)行步驟107。
這里，所述進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算也是根據(jù)高斯卷積模版確定，比如對(duì)于7×7的高斯卷積模版，每次對(duì)輸出圖像的7行7列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理順序通常為以輸出圖像起始點(diǎn)為準(zhǔn)，從左向右、從上向下；具體高斯卷積運(yùn)算采用公式(1)的計(jì)算方式，實(shí)際上，具體的實(shí)現(xiàn)方式只要達(dá)到實(shí)現(xiàn)公式(1)的計(jì)算目的即可。所述閾值通常根據(jù)輸出圖像本身的灰度與背景的對(duì)比度來(lái)確定，一般光斑對(duì)比度越小，閾值設(shè)置越低；光斑對(duì)比度越大，閾值設(shè)置越高。
步驟104對(duì)當(dāng)前讀取的像素進(jìn)行標(biāo)記，并識(shí)別當(dāng)前像素所屬的光斑。
其中，背景像素可以零標(biāo)記，非背景像素以非零值標(biāo)記。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以將背景像素標(biāo)記為其它值，相應(yīng)的，非背景像素標(biāo)記為非背景像素標(biāo)記值，只要能區(qū)分背景和非背景以及不同光斑即可。為了計(jì)算和標(biāo)記的方便，一般采用零和正整數(shù)作為可選標(biāo)記值，當(dāng)然，也可以采用負(fù)整數(shù)、小數(shù)等值。下面步驟以背景像素標(biāo)記為零，非背景像素標(biāo)記為非零的正整數(shù)為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體每個(gè)像素的標(biāo)記過(guò)程如圖2所示，包括以下步驟步驟104～104b判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值是否為零，如果不為零，則將當(dāng)前像素標(biāo)記為左邊像素的標(biāo)記值，執(zhí)行步驟104f，如果為零，執(zhí)行步驟104c。
步驟104c～104e判斷當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值是否為零，如果不為零，則將當(dāng)前像素標(biāo)記為上方像素的標(biāo)記值，執(zhí)行步驟104f，如果為零，將當(dāng)前像素標(biāo)記為新標(biāo)記值，并更新新標(biāo)記值。
這里，所述新標(biāo)記值可采用專門(mén)的寄存器存儲(chǔ)，用于給像素提供新的標(biāo)記值，新標(biāo)記值可以采用不同的方式進(jìn)行更新，只要保證每次提供的新標(biāo)記值不重復(fù)即可。比如每次使用新標(biāo)記值后，將新標(biāo)記值加1重新保存，以供下次像素標(biāo)記使用。
步驟104f將當(dāng)前像素標(biāo)記值賦給左標(biāo)記參數(shù)和上標(biāo)記參數(shù)組中對(duì)應(yīng)的標(biāo)記參數(shù)，以備下一個(gè)像素和下一行像素標(biāo)記使用。
這里，可由緩存器存儲(chǔ)上標(biāo)記參數(shù)組，由寄存器存儲(chǔ)左標(biāo)記參數(shù)。其中，左標(biāo)記參數(shù)為一個(gè)標(biāo)記值，初始化時(shí)置為零，上標(biāo)記參數(shù)組用于保存一組標(biāo)記參數(shù)值，可以采用一個(gè)數(shù)組，該組中每個(gè)標(biāo)記分別對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，比如一行有10個(gè)像素，該上標(biāo)記參數(shù)組就是由10個(gè)標(biāo)記組成的標(biāo)記組，每個(gè)標(biāo)記對(duì)應(yīng)該行中的一個(gè)像素，該組標(biāo)記參數(shù)的初始值均為零。相應(yīng)的，在賦值時(shí)，就將當(dāng)前像素的標(biāo)記值賦給對(duì)應(yīng)當(dāng)前像素的上標(biāo)記參數(shù)組中的標(biāo)記參數(shù)，比如一行有10個(gè)像素，上標(biāo)記參數(shù)組包括10個(gè)標(biāo)記參數(shù)，當(dāng)前像素為所屬行的第5個(gè)像素，那么，所述賦值就是指將當(dāng)前像素的標(biāo)記值賦給上標(biāo)記參數(shù)組中的第5個(gè)標(biāo)記參數(shù)。在進(jìn)行判斷時(shí)，所述當(dāng)前像素的上方像素的標(biāo)記值也是在上標(biāo)記參數(shù)組中找與當(dāng)前像素序號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)記參數(shù)進(jìn)行判別。
步驟104a～104f是一個(gè)像素的標(biāo)記過(guò)程，重復(fù)執(zhí)行104a～104f就可以對(duì)輸出圖像中的每個(gè)像素進(jìn)行標(biāo)記。比如對(duì)于圖3中第2行第4列的像素，先判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值，因?yàn)榈扔诹?，所以再繼續(xù)判斷當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值，也等于零，則將當(dāng)前像素標(biāo)記為新標(biāo)記值，并更新新標(biāo)記值。再比如對(duì)于圖3中第2行第5列的像素，先判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值，因?yàn)榈扔?，所以直接將當(dāng)前像素標(biāo)記為2。
步驟105合并同一光斑中的等價(jià)標(biāo)記。
圖3為一個(gè)采用圖2方法進(jìn)行標(biāo)記后的圖像示意圖，圖3中陰影覆蓋的區(qū)域?yàn)楣獍?，圖3中有四個(gè)光斑。從圖3可以看出，對(duì)于同一個(gè)光斑，可能存在多個(gè)不同的標(biāo)記，這些標(biāo)記對(duì)于同一個(gè)光斑是等價(jià)的，因此，為了統(tǒng)一同一個(gè)光斑中的所有標(biāo)記，本發(fā)明采用圖4所示的流程進(jìn)行等價(jià)標(biāo)記的合并，給每個(gè)光斑賦予一個(gè)相同的等價(jià)標(biāo)記值，在背景標(biāo)記為零的情況下，等價(jià)標(biāo)記值也是從1開(kāi)始的正整數(shù)。等價(jià)標(biāo)記合并的具體過(guò)程如圖4所示，包括步驟105a～105c判斷當(dāng)前像素左邊像素和上方像素的標(biāo)記值，如果均為零，則將當(dāng)前像素對(duì)應(yīng)的等價(jià)標(biāo)記參數(shù)置為新等價(jià)標(biāo)記值，更新新等價(jià)標(biāo)記值，執(zhí)行步驟105d；如果均不為零，且二者不相等，則說(shuō)明二者的標(biāo)記是等價(jià)的，將合并標(biāo)記數(shù)+1，執(zhí)行步驟105d。
這里，所述新等價(jià)標(biāo)記值可采用專門(mén)的寄存器存儲(chǔ)，用于給像素提供新的等價(jià)標(biāo)記值，新等價(jià)標(biāo)記值可以采用不同的方式進(jìn)行更新，只要保證每次提供的新等價(jià)標(biāo)記值不重復(fù)即可。比如每次使用新等價(jià)標(biāo)記值后，將新等價(jià)標(biāo)記值加1重新保存，以供下次像素標(biāo)記使用。合并標(biāo)記數(shù)用于記錄需要合并的等價(jià)標(biāo)記個(gè)數(shù)，可由寄存器存儲(chǔ)合并標(biāo)記數(shù)的值，最終得到的等價(jià)標(biāo)記值可采用專門(mén)的緩存器存儲(chǔ)。
步驟105d～105h判斷合并標(biāo)記數(shù)是否等于1，如果是，則將當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記合并為當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記，并更新新等價(jià)標(biāo)記值為前一新等價(jià)標(biāo)記值。如果步驟105b中的更新新等價(jià)標(biāo)記值是每次將新等價(jià)標(biāo)記值加1，那么，這里更新新等價(jià)標(biāo)記值為前一新等價(jià)標(biāo)記值就是將當(dāng)前新等價(jià)標(biāo)記值減1。
由于在合并等價(jià)標(biāo)記的過(guò)程中將新等價(jià)標(biāo)記值更新為前一新等價(jià)標(biāo)記值，壓縮了等價(jià)標(biāo)記值的范圍，而等價(jià)標(biāo)記值是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的地址，新等價(jià)標(biāo)記范圍的壓縮大大節(jié)省了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。如圖3所示的光斑，不進(jìn)行等價(jià)標(biāo)記壓縮時(shí)所使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元為19，一個(gè)像素標(biāo)記對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其中大部分的存儲(chǔ)單元是空的沒(méi)有用，而進(jìn)行等價(jià)標(biāo)記壓縮后的光斑圖像如圖5所示，只需4個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。
如果合并標(biāo)記數(shù)不等于1，則進(jìn)一步判斷當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記值與當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記值是否相等，如果不相等，則進(jìn)行等價(jià)數(shù)據(jù)的合并和等價(jià)標(biāo)記的合并。這里，等價(jià)數(shù)據(jù)是指等價(jià)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)。具體就是將上方像素的等價(jià)標(biāo)記對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的數(shù)據(jù)合并到左邊像素的等價(jià)標(biāo)記對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間中，將上方像素的等價(jià)標(biāo)記對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間清零，同時(shí)將當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記合并為當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記，如果相等，則不作處理。
圖3所示圖像經(jīng)過(guò)合并處理后的結(jié)果如圖5所示，要說(shuō)明的是，圖5中每個(gè)像素上的標(biāo)記實(shí)際為該像素所屬光斑圖像數(shù)據(jù)最終存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址，比如圖5中左上方的光斑標(biāo)記為1，表示此光斑的光斑圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于等價(jià)標(biāo)記為1的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。
在實(shí)際應(yīng)用中，如果一個(gè)光斑中的所有像素均已采用同一標(biāo)記值，那就不需要進(jìn)行等價(jià)標(biāo)記合并；或者，如果不考慮減少存儲(chǔ)空間的占用，也可以不做此步驟，所以步驟105是可選的。
步驟106將當(dāng)前像素灰度值和坐標(biāo)值的乘積與已處理的同一光斑所有像素灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值進(jìn)行累加，并將當(dāng)前像素的灰度值與已處理的同一光斑所有像素的灰度累加值進(jìn)行累加，保存得到的累加值，執(zhí)行步驟110。
本發(fā)明中，上述步驟104、105和106對(duì)于每個(gè)像素而言是并行實(shí)現(xiàn)的，如此，可以大大提高處理速度。
步驟107將當(dāng)前像素標(biāo)記為背景像素，本實(shí)施例中將當(dāng)前像素標(biāo)記為零，并將上標(biāo)記參數(shù)組、左標(biāo)記參數(shù)清零。
這里，所述上標(biāo)記參數(shù)組、左標(biāo)記參數(shù)的定義與步驟104f所述完全相同。
步驟108～109判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值是否大于零，如果不是，則直接執(zhí)行步驟110；如果是，則調(diào)整當(dāng)前像素所屬光斑的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，具體操作是將累加器的值累加到等價(jià)標(biāo)記值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并將累加器清零。
步驟110判斷是否處理完整個(gè)輸出圖像，如果是，則執(zhí)行步驟111，否則返回步驟101。這里，可根據(jù)是否讀到當(dāng)前輸出圖像的結(jié)束標(biāo)志確定是否處理完該輸出圖像。
步驟111按照公式(2)將步驟106計(jì)算得到的灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值與灰度值的累加值相除，將得到的商作為光斑圖像質(zhì)心坐標(biāo)值輸出。
x0=Σx=1nΣy=1mI(x,y)xΣx=1nΣy=1mI(x,y),]]>y0=Σx=1nΣy=1mI(x,y)yΣx=1nΣy=1nI(x,y)---(2)]]>公式(2)中，I(x，y)表示高斯卷積處理后輸出圖像數(shù)據(jù)的灰度值；x0、y0為光斑圖像質(zhì)心的x、y坐標(biāo)值。
為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明提出一種相應(yīng)的光斑圖像質(zhì)心定位裝置，如圖6所示，本發(fā)明的光斑圖像質(zhì)心定位裝置包括光斑識(shí)別單元61、高斯濾波單元62、光斑質(zhì)心計(jì)算單元63。其中，光斑識(shí)別單元61用于接收光斑質(zhì)心計(jì)算單元63中閾值比較器632輸入的進(jìn)行光斑識(shí)別的控制信號(hào)，完成光斑圖像的像素標(biāo)記、同一光斑的等價(jià)標(biāo)記合并。光斑識(shí)別單元61進(jìn)一步包括標(biāo)記判斷器611、合并等價(jià)標(biāo)記判斷器612、左標(biāo)記寄存器613、上標(biāo)記寄存器組614、當(dāng)前標(biāo)記寄存器615、新標(biāo)記寄存器616、合并標(biāo)記寄存器617、新等價(jià)標(biāo)記寄存器618、等價(jià)標(biāo)記緩存器619。
其中，標(biāo)記判斷器611用于對(duì)像素進(jìn)行標(biāo)記，具體標(biāo)記過(guò)程采用圖2所示的過(guò)程，結(jié)合當(dāng)前標(biāo)記寄存器615、左標(biāo)記寄存器613、上標(biāo)記寄存器組614、新標(biāo)記寄存器616保存的標(biāo)記值完成對(duì)當(dāng)前像素的標(biāo)記。
合并等價(jià)標(biāo)記判斷器612用于對(duì)同一光斑中的等價(jià)標(biāo)記進(jìn)行合并，具體合并過(guò)程采用圖4所示的過(guò)程，結(jié)合左標(biāo)記寄存器613、上標(biāo)記寄存器組614、合并標(biāo)記寄存器617以及新等價(jià)標(biāo)記寄存器618完成對(duì)同一光斑不同像素的等價(jià)標(biāo)記合并并將等價(jià)標(biāo)記值保存在等價(jià)標(biāo)記緩存器619中。
當(dāng)前標(biāo)記寄存器615、左標(biāo)記寄存器613、上標(biāo)記寄存器組614、新標(biāo)記寄存器616、合并標(biāo)記寄存器617、新等價(jià)標(biāo)記寄存器618、等價(jià)標(biāo)記緩存器619分別用于存儲(chǔ)并向標(biāo)記判斷器611、合并等價(jià)標(biāo)記判斷器612提供當(dāng)前像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值、新標(biāo)記值、合并標(biāo)記值、新等價(jià)標(biāo)記值和最終的等價(jià)標(biāo)記值。其中，上標(biāo)記寄存器組614和等價(jià)標(biāo)記緩存器619用于存儲(chǔ)一組標(biāo)記參數(shù)值，比如一行像素的標(biāo)記值，其余寄存器中僅存儲(chǔ)一個(gè)標(biāo)記值。等價(jià)標(biāo)記緩存器619還將合并后每個(gè)光斑的等價(jià)標(biāo)記作為地址提供給光斑質(zhì)心計(jì)算單元63中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器635a、635b和635c，以便將每個(gè)光斑的圖像數(shù)據(jù)最終存儲(chǔ)在合并后的等價(jià)標(biāo)記對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。
如果不做等價(jià)標(biāo)記合并，則合并等價(jià)標(biāo)記判斷器612、合并標(biāo)記寄存器617、新等價(jià)標(biāo)記寄存器618和等價(jià)標(biāo)記緩存器619可省略。
高斯濾波單元62用于對(duì)輸出圖像像素的灰度值進(jìn)行高斯濾波，并將經(jīng)過(guò)高斯濾波處理的像素灰度值送至光斑質(zhì)心計(jì)算單元63；高斯濾波單元62進(jìn)一步包括圖像緩存621和高斯卷積運(yùn)算單元622，其中，圖像緩存621用于緩存所讀出像素的灰度值，并提供給高斯卷積運(yùn)算單元622；高斯卷積運(yùn)算單元622用于對(duì)緩存的像素灰度值完成高斯卷積運(yùn)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出給光斑質(zhì)心計(jì)算單元63中的閾值比較器632、乘法器633a和633b、加法器634c。
光斑質(zhì)心計(jì)算單元63用于計(jì)算光斑圖像的質(zhì)心，并將最后的計(jì)算結(jié)果輸出。光斑質(zhì)心計(jì)算單元63進(jìn)一步包括行列計(jì)數(shù)器631，用于計(jì)算并提供每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，將每個(gè)像素的x、y坐標(biāo)值分別輸入給乘法器633a和633b；閾值比較器632，用于接收高斯卷積運(yùn)算單元622輸出的經(jīng)過(guò)高斯卷積運(yùn)算的像素灰度值、以及單獨(dú)輸入的預(yù)設(shè)閾值，將兩者進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果作為控制信號(hào)發(fā)送給標(biāo)記判斷器611、合并等價(jià)標(biāo)記判斷器612、加法器634a、634b和634c。
光斑質(zhì)心計(jì)算單元63還包括乘法器633a和633b，加法器634a、634b和634c，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器635a、635b和635c，以及除法器636a和636b。其中，乘法器633a、633b接收高斯卷積運(yùn)算單元622輸出的經(jīng)過(guò)高斯濾波的像素灰度值、以及行列計(jì)數(shù)器輸入的x、y坐標(biāo)值，輸出像素灰度值與坐標(biāo)值的乘積；加法器634a、634b和634c接收閾值比較器632的輸出結(jié)果、自身的累加結(jié)果，并分別接收乘法器633a、633b和高斯卷積運(yùn)算單元622輸出的結(jié)果進(jìn)行累加運(yùn)算。實(shí)際上，乘法器633a和加法器634a用于計(jì)算同一光斑所有像素x坐標(biāo)值與像素灰度值乘積的累加值，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器635a中；乘法器633b和加法器634b用于計(jì)算同一光斑所有像素y坐標(biāo)值與像素灰度值乘積的累加值，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器635b中；加法器634c用于計(jì)算同一光斑所有像素灰度值的累加值，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)儲(chǔ)器635c中。除法器636a和636b分別用于計(jì)算x坐標(biāo)值和像素灰度值乘積的累加值與像素灰度值累加值之商、y坐標(biāo)值和像素灰度值乘積的累加值與像素灰度值累加值之商，得到光斑質(zhì)心的x坐標(biāo)值和y坐標(biāo)值。乘法器633a和633b、加法器634a、634b和634c、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器635a、635b和635c、除法器636a和636b就是用于完成公式(2)的計(jì)算。
本發(fā)明的光斑圖像質(zhì)心定位裝置可采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA，F(xiàn)ieldprogrammable gate array)、或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC，Application Specific IntegratedCircuit)實(shí)現(xiàn)。
在對(duì)輸出圖像進(jìn)行光斑質(zhì)心定位時(shí)，圖6所示裝置從當(dāng)前輸出圖像中讀取當(dāng)前像素灰度值，并將當(dāng)前所讀入的像素灰度值緩存在圖像緩存621中，之后，圖像緩存621中的像素灰度值被送入高斯卷積運(yùn)算單元622進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算，完成高斯濾波；經(jīng)過(guò)高斯卷積運(yùn)算的像素灰度值被輸入到閾值比較器632中，與單獨(dú)輸入的預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，再根據(jù)比較結(jié)果確定是否進(jìn)行光斑識(shí)別，如果是，則將閾值比較結(jié)果作為控制信號(hào)輸入給光斑識(shí)別單元61中的標(biāo)記判斷器611和合并等價(jià)標(biāo)記判斷器612，啟動(dòng)對(duì)光斑像素點(diǎn)的標(biāo)記以及等價(jià)標(biāo)記的合并，具體標(biāo)記和合并過(guò)程通過(guò)標(biāo)記判斷器611、合并等價(jià)標(biāo)記判斷器612、左標(biāo)記寄存器613、上標(biāo)記寄存器組614、當(dāng)前標(biāo)記寄存器615、新標(biāo)記寄存器616、合并標(biāo)記寄存器617、新等價(jià)標(biāo)記寄存器618及等價(jià)標(biāo)記緩存器619之間的配合，按圖2和圖4所示的流程完成；同時(shí)，通過(guò)乘法器633a和633b、加法器634a、634b和634c、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器635a、635b和635c完成像素灰度值與坐標(biāo)值乘積的累加以及像素灰度值的累加和存儲(chǔ)；在確定處理完整個(gè)輸出圖像后，通過(guò)除法器636a和636b計(jì)算出光斑質(zhì)心的x、y坐標(biāo)值。其中，每個(gè)像素的x、y坐標(biāo)值由行列計(jì)數(shù)器631提供。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、對(duì)像素灰度值進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算，并判斷經(jīng)高斯卷積運(yùn)算后的像素灰度值是否大于預(yù)設(shè)閾值，如果是，執(zhí)行步驟B，否則，執(zhí)行步驟C；B、對(duì)當(dāng)前讀取像素進(jìn)行標(biāo)記，識(shí)別當(dāng)前像素所屬光斑，并計(jì)算當(dāng)前像素灰度值和坐標(biāo)值的乘積與已處理的同一光斑所有像素灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值，當(dāng)前像素的灰度值與已處理的同一光斑所有像素灰度值的累加值，保存得到的累加值，執(zhí)行步驟D；C、將當(dāng)前像素標(biāo)記為背景像素，并判斷是否調(diào)整當(dāng)前像素所屬光斑的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如果是，則調(diào)整當(dāng)前像素所屬光斑的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，否則執(zhí)行步驟D；D、判斷是否處理完整個(gè)輸出圖像，如果未處理完，則返回步驟A，如果處理完，計(jì)算步驟B所得到的各個(gè)光斑灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值與灰度值累加值之商，并將得到的商作為各個(gè)光斑圖像質(zhì)心坐標(biāo)值輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斑圖像質(zhì)心定位方法，其特征在于，所述步驟B中，在標(biāo)記的同時(shí)進(jìn)一步包括合并同一光斑中等價(jià)標(biāo)記的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光斑圖像質(zhì)心定位方法，其特征在于，所述進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算之前進(jìn)一步包括讀取當(dāng)前像素灰度值，并將當(dāng)前所讀的像素灰度值進(jìn)行緩存。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光斑圖像質(zhì)心定位方法，其特征在于，步驟B所述對(duì)當(dāng)前像素進(jìn)行標(biāo)記進(jìn)一步包括B11、判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值是否為零，如果不為零，則將當(dāng)前像素標(biāo)記為左邊像素的標(biāo)記值，執(zhí)行步驟B13，否則，執(zhí)行步驟B12；B12、判斷當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值是否不為零，如果是，則將當(dāng)前像素標(biāo)記為上方像素的標(biāo)記值，執(zhí)行步驟B13，否則，將當(dāng)前像素標(biāo)記為新標(biāo)記值，并更新新標(biāo)記值；B13、將當(dāng)前像素標(biāo)記值賦給左標(biāo)記參數(shù)和上標(biāo)記參數(shù)組中對(duì)應(yīng)的標(biāo)記參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光斑圖像質(zhì)心定位方法，其特征在于，所述合并同一光斑中等價(jià)標(biāo)記進(jìn)一步包括B21、判斷當(dāng)前像素左邊像素和上方像素的標(biāo)記值，如果均為零，則將當(dāng)前像素對(duì)應(yīng)的等價(jià)標(biāo)記參數(shù)置為新等價(jià)標(biāo)記值，更新新等價(jià)標(biāo)記值，執(zhí)行步驟B22；如果均不為零，且二者不相等，則將合并標(biāo)記數(shù)+1，執(zhí)行步驟B22；B22、判斷合并標(biāo)記數(shù)是否為1，如果合并標(biāo)記數(shù)為1，則將當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記合并為當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記，并更新新等價(jià)標(biāo)記值為前一新等價(jià)標(biāo)記值；如果合并標(biāo)記數(shù)不為1，則執(zhí)行步驟B23；B23、判斷當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記值與當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記值是否相等，如果不相等，則合并等價(jià)數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前像素上方像素的等價(jià)標(biāo)記合并為當(dāng)前像素左邊像素的等價(jià)標(biāo)記，如果相等，則不作處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光斑圖像質(zhì)心定位方法，其特征在于，所述步驟C進(jìn)一步包括將上標(biāo)記參數(shù)組、左標(biāo)記參數(shù)清零；步驟C所述判斷為判斷當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值是否大于零，如果是，則調(diào)整當(dāng)前像素所屬光斑的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，否則不調(diào)整；所述調(diào)整為將累加器的值累加到等價(jià)標(biāo)記值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并將累加器清零。
7.一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位裝置，其特征在于，該裝置包括高斯濾波單元、光斑識(shí)別單元和光斑質(zhì)心計(jì)算單元，其中，高斯濾波單元，用于對(duì)輸出圖像像素的灰度值進(jìn)行高斯濾波，并將經(jīng)過(guò)高斯濾波處理的像素灰度值送至光斑質(zhì)心計(jì)算單元；光斑識(shí)別單元，用于接收光斑質(zhì)心計(jì)算單元輸入的進(jìn)行光斑識(shí)別的控制信號(hào)，完成光斑圖像的像素標(biāo)記；光斑質(zhì)心計(jì)算單元，根據(jù)像素標(biāo)記值進(jìn)行不同光斑圖像質(zhì)心的計(jì)算，并將最后的計(jì)算結(jié)果輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光斑圖像質(zhì)心定位裝置，其特征在于，所述光斑識(shí)別單元進(jìn)一步包括標(biāo)記判斷器、左標(biāo)記寄存器、上標(biāo)記寄存器組、當(dāng)前標(biāo)記寄存器、新標(biāo)記寄存器；其中，標(biāo)記判斷器，用于對(duì)像素進(jìn)行標(biāo)記；左標(biāo)記寄存器、上標(biāo)記寄存器組、當(dāng)前標(biāo)記寄存器、新標(biāo)記寄存器，用于存儲(chǔ)并向標(biāo)記判斷器提供當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素的標(biāo)記值、新標(biāo)記值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光斑圖像質(zhì)心定位裝置，其特征在于，所述光斑識(shí)別單元還包括合并等價(jià)標(biāo)記判斷器、合并標(biāo)記寄存器、新等價(jià)標(biāo)記寄存器、等價(jià)標(biāo)記緩存器；其中，合并等價(jià)標(biāo)記判斷器，用于對(duì)同一光斑中的等價(jià)標(biāo)記進(jìn)行合并；等價(jià)標(biāo)記緩存器，用于存儲(chǔ)合并后的等價(jià)標(biāo)記值；合并標(biāo)記寄存器，用于存儲(chǔ)合并標(biāo)記值；新等價(jià)標(biāo)記寄存器，用于向合并等價(jià)標(biāo)記判斷器提供新等價(jià)標(biāo)記值；左標(biāo)記寄存器、上標(biāo)記寄存器組、當(dāng)前標(biāo)記寄存器，進(jìn)一步用于向合并等價(jià)標(biāo)記判斷器提供當(dāng)前像素左邊像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素上方像素的標(biāo)記值、當(dāng)前像素的標(biāo)記值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9任一項(xiàng)所述的光斑圖像質(zhì)心定位裝置，其特征在于，所述高斯濾波單元進(jìn)一步包括圖像緩存和高斯卷積運(yùn)算單元，其中，圖像緩存，用于緩存所讀出像素的灰度值，并提供給高斯卷積運(yùn)算單元；高斯卷積運(yùn)算單元，用于對(duì)緩存的像素灰度值完成高斯卷積運(yùn)算，并將計(jì)算結(jié)果輸出給光斑質(zhì)心計(jì)算單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9任一項(xiàng)所述的光斑圖像質(zhì)心定位裝置，其特征在于，所述光斑質(zhì)心計(jì)算單元進(jìn)一步包括行列計(jì)數(shù)器，用于計(jì)算并提供每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)值；閾值比較器，用于比較高斯卷積運(yùn)算單元輸出的經(jīng)過(guò)高斯卷積運(yùn)算的像素灰度值和預(yù)設(shè)閾值，并將比較結(jié)果作為控制信號(hào)輸出；第一和第二乘法器，分別用于計(jì)算像素灰度值和x坐標(biāo)值的乘積、像素灰度值和y坐標(biāo)值的乘積；第一和第二加法器，分別用于計(jì)算像素灰度值和x坐標(biāo)值乘積的累加值、像素灰度值和y坐標(biāo)值乘積的累加值，并將得到的累加值分別送至第一和第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；第三加法器，用于計(jì)算像素灰度值的累加值，并將得到的累加值送至第三數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；第一、第二和第三數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，分別用于存儲(chǔ)像素灰度值和x坐標(biāo)值乘積的累加值、像素灰度值和y坐標(biāo)值乘積的累加值、像素灰度值的累加值；第一除法器和第二除法器，分別用于計(jì)算像素灰度值和x坐標(biāo)值乘積累加值與像素灰度值累加值之商、像素灰度值和y坐標(biāo)值乘積累加值與像素灰度值累加值之商。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種快速高精度光斑圖像質(zhì)心定位方法，對(duì)像素灰度值進(jìn)行高斯卷積運(yùn)算，并判斷經(jīng)高斯卷積運(yùn)算后的像素灰度值是否大于預(yù)設(shè)閾值，如果是則對(duì)當(dāng)前像素進(jìn)行標(biāo)記，識(shí)別所屬光斑，并計(jì)算當(dāng)前像素灰度值和坐標(biāo)值的乘積與已處理的同一光斑所有像素灰度值和坐標(biāo)值乘積的累加值，當(dāng)前像素的灰度值與已處理的同一光斑所有像素灰度值的累加值，保存得到的累加值，否則將當(dāng)前像素標(biāo)記為背景像素并處理；在處理完整個(gè)輸出圖像后，計(jì)算灰度值和坐標(biāo)值乘積累加值與灰度值累加值之商，并將計(jì)算結(jié)果作為光斑圖像質(zhì)心坐標(biāo)值輸出。本發(fā)明還同時(shí)公開(kāi)了一種質(zhì)心定位裝置，本發(fā)明能提高光斑圖像質(zhì)心定位中的數(shù)據(jù)處理速度和抗噪聲能力，且能處理多個(gè)光斑圖像。
文檔編號(hào)G01B21/04GK1987346SQ20061016180
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月1日
發(fā)明者張廣軍, 江潔, 樊巧云, 郝雪濤 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)