一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法，其包括以下步驟：圖像讀取模塊讀取標(biāo)示光斑圖像，并將其發(fā)送到顯示模塊和濾波預(yù)處理模塊，其中，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示標(biāo)示光斑圖像；濾波預(yù)處理模塊對標(biāo)示光斑圖像進(jìn)行濾波處理；自動閾值分割模塊對濾波后的標(biāo)示光斑圖像采用自動閾值分割算法進(jìn)行處理；光斑參數(shù)提取模塊對二值化后提取的標(biāo)示光斑的斑點(diǎn)進(jìn)行篩選和幾何形狀補(bǔ)償，得到理想的有效光斑，并通過計(jì)算有效光斑面積進(jìn)而得到有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)，同時(shí)將計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)發(fā)送到所述顯示模塊實(shí)時(shí)顯示；根據(jù)計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)反饋調(diào)節(jié)自動閾值分割模塊中的目標(biāo)窗口大小的選擇，以保證目標(biāo)窗口可以跟隨有效光斑移動。
【專利說明】—種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光光斑檢測方法，特別是關(guān)于一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光光斑檢測在許多領(lǐng)域如信息處理、光學(xué)測量和儀器檢測等方面具有廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)光斑檢測方法一般以光斑質(zhì)心位置、能量分布等指標(biāo)為主要檢測目標(biāo)，作為衡量激光器以及成像系統(tǒng)質(zhì)量和特性的重要指標(biāo)。在一些精密測量儀器中，常常引入激光光斑作為儀器工作狀態(tài)、樣品定位等的標(biāo)示，此時(shí)需要選用像感器成像法對光斑進(jìn)行可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測，傳統(tǒng)的光柵掃描、掩膜掃描等測量方法不能實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)測與操作，且檢測精度受掃描過程影響較大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快捷的光斑檢測，因此不適用于精密測量儀器中的樣品檢測與操作模塊。
[0003]傳統(tǒng)的像感器成像光斑檢測方式往往直接用探測器對待檢光斑進(jìn)行檢測，探測器被設(shè)置于光斑成像面上。用于儀器樣品操作系統(tǒng)時(shí)，標(biāo)示光斑落在樣品表面，探測器直接成像法不能同時(shí)拍攝光斑和樣品圖像。另外，應(yīng)用于微小光斑測量的像感器檢測法需要較為復(fù)雜的成像透鏡組和光斑放大光路，在一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度要求高的儀器中也不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法，在不影響測量光路的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)樣品和標(biāo)示光斑可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法，其包括以下步驟:1)計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置一包括有圖像讀取模塊、顯示模塊、濾波預(yù)處理模塊、自動閾值分割模塊和光斑參數(shù)提取模塊的自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元；2)圖像讀取模塊從計(jì)算機(jī)內(nèi)存中讀取經(jīng)一 CCD圖像采集單元采集的標(biāo)示光斑圖像，并將其發(fā)送到顯示模塊和濾波預(yù)處理模塊，其中，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示經(jīng)C⑶圖像采集單元采集到的標(biāo)示光斑圖像；3)濾波預(yù)處理模塊對標(biāo)示光斑圖像進(jìn)行濾波處理，并將濾波后的標(biāo)示光斑圖像發(fā)送到自動閾值分割模塊；4)自動閾值分割模塊對濾波后的標(biāo)示光斑圖像采用自動閾值分割算法進(jìn)行處理，具體過程為:①采用一目標(biāo)窗口對標(biāo)示光斑圖像中的標(biāo)示光斑區(qū)域進(jìn)行選擇，得到目標(biāo)區(qū)域；②對已選擇的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行二值化處理分離標(biāo)示光斑和背景區(qū)域；5)光斑參數(shù)提取模塊對二值化后提取的標(biāo)示光斑的斑點(diǎn)進(jìn)行篩選和幾何形狀補(bǔ)償，得到理想的有效光斑，并通過計(jì)算有效光斑面積進(jìn)而得到有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)，同時(shí)將計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)發(fā)送到顯示模塊實(shí)時(shí)顯示；6)根據(jù)計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)反饋調(diào)節(jié)自動閾值分割模塊中的目標(biāo)窗口大小的選擇，以保證目標(biāo)窗口可以跟隨有效光斑移動。
[0006]所述自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元還包括一灰度提取模塊，所述圖像讀取模塊將從所述計(jì)算機(jī)內(nèi)存中讀取經(jīng)一 CCD圖像采集單元采集的標(biāo)示光斑圖像發(fā)送到所述灰度提取模塊，所述灰度提取模塊對標(biāo)示光斑圖像的灰度進(jìn)行提取，得到標(biāo)示光斑灰度圖。
[0007]所述CCD圖像采集單元用以采集光源照射到樣品表面所形成的標(biāo)示光斑，它包括一 CCD攝像頭和一成像鏡頭，CCD攝像頭用于攝取待測樣品表面的標(biāo)示光斑，成像鏡頭用于采集標(biāo)示光斑圖像，并通過數(shù)據(jù)傳輸接口將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
[0008]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于設(shè)置有自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元，自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元對經(jīng)CCD圖像采集單元采集的標(biāo)示光斑圖像分別進(jìn)行濾波、自動閾值分割，通過光斑參數(shù)提取光斑的尺寸和中心坐標(biāo)，因此通過采用自動閾值分割算法計(jì)算光斑中心和尺寸，過程簡便、精度較高，可移植性強(qiáng)。2、本發(fā)明由于設(shè)置有顯示模塊，因此可以實(shí)時(shí)顯示CXD圖像采集單元采集的圖像，并且可以對光斑的尺寸和中心坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)樣品狀態(tài)實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測，因此可視化操作界面友好、操作方便快速。本發(fā)明系統(tǒng)魯棒性高，可以方便快速地嵌入多種測量儀器中，作為光斑檢測或樣品操作等模塊，廣泛應(yīng)用于多種需要精密檢測或精確定位的場合和儀器中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對本發(fā)明的限制。
[0010]圖1是本發(fā)明的自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法流程示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明的標(biāo)示光斑圖像濾波前后示意圖，其中，圖3 (a)是標(biāo)示光斑圖像濾波前示意圖，圖3 (b)是標(biāo)示光斑圖像濾波后示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明標(biāo)示光斑圖像目標(biāo)窗口選取示意圖；
[0014]圖5是本發(fā)明標(biāo)示光斑圖像加目標(biāo)窗口前后的光斑圖像灰度直方圖示意圖，其中，圖5 (a)是標(biāo)示光斑圖像加目標(biāo)窗口前的光斑圖像灰度直方圖示意圖，圖5 (b)是標(biāo)示光斑圖像加目標(biāo)窗口后的光斑圖像灰度直方圖示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0016]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法，包括以下步驟:
[0017]1、計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置一包括有圖像讀取模塊11、顯示模塊12、灰度提取模塊13、濾波預(yù)處理模塊14、自動閾值分割模塊15和光斑參數(shù)提取模塊16的自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元；
[0018]2、圖像讀取模塊11從計(jì)算機(jī)內(nèi)存中讀取經(jīng)一 CCD圖像采集單元采集的樣品表面的標(biāo)示光斑圖像，并將其發(fā)送到顯示模塊12、灰度提取模塊13和濾波預(yù)處理模塊14 ;顯示模塊12實(shí)時(shí)顯示經(jīng)CCD圖像采集單元采集到的標(biāo)示光斑圖像；灰度提取模塊13對標(biāo)示光斑圖像的灰度進(jìn)行提取，得到標(biāo)示光斑灰度圖；
[0019]3、濾波預(yù)處理模塊14對標(biāo)示光斑圖像進(jìn)行濾波處理，并將濾波后的標(biāo)示光斑圖像發(fā)送到自動閾值分割模塊15，為標(biāo)示光斑進(jìn)一步提取做準(zhǔn)備，本發(fā)明進(jìn)行濾波預(yù)處理時(shí)采用低通濾波方法(如圖3所示)，但是不限于此，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的濾波方法；
[0020]4、自動閾值分割模塊15對濾波后的標(biāo)示光斑圖像采用自動閾值分割算法進(jìn)行處理，具體過程為:
[0021]I)如圖4所示，采用一目標(biāo)窗口對標(biāo)示光斑圖像中的標(biāo)示光斑區(qū)域進(jìn)行選擇，得到目標(biāo)區(qū)域，采用目標(biāo)窗口的目的是為了減少背景噪聲的影響，方便對標(biāo)示光斑進(jìn)行處理；此過程處理完成將已選擇的目標(biāo)區(qū)域發(fā)送到灰度提取模塊13得到已選擇目標(biāo)區(qū)域的灰度直方圖，通過比較目標(biāo)窗口前和加目標(biāo)窗口后的灰度直方圖可以看到采用目標(biāo)窗口后，背景噪聲的影響大大降低(如圖5所示)；
[0022]2)對已選擇的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行二值化處理分離標(biāo)示光斑和背景區(qū)域；
[0023]5、光斑參數(shù)提取模塊16對二值化后提取的標(biāo)示光斑的斑點(diǎn)進(jìn)行篩選和幾何形狀補(bǔ)償，具體包括噪聲斑點(diǎn)去除、孔洞填補(bǔ)和形狀圓整等處理，得到理想的有效光斑，并通過計(jì)算有效光斑的面積進(jìn)而得到有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)，即:二值化后值為I的像素點(diǎn)即為光斑像素點(diǎn)，值為O的像素點(diǎn)構(gòu)成背景區(qū)域，通過統(tǒng)計(jì)光斑區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)目即可求得有效光斑面積，進(jìn)而對光斑區(qū)域進(jìn)行幾何處理即可計(jì)算得到有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)，同時(shí)將計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)發(fā)送到顯示模塊12實(shí)時(shí)顯示；
[0024]6、根據(jù)計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)反饋調(diào)節(jié)自動閾值分割模塊15中的目標(biāo)窗口大小的選擇，以保證目標(biāo)窗口可以跟隨有效光斑移動，由于光斑圖像為動態(tài)信息，光斑位置改變時(shí)目標(biāo)窗口需要跟隨光斑移動，因此自動閾值分割和目標(biāo)窗口選取需要相互反饋調(diào)節(jié)。
[0025]上述實(shí)施例中，CCD圖像采集單元作為核心器件用以采集光源照射到樣品表面所形成的標(biāo)示光斑，它可以包括一 CCD攝像頭和一成像鏡頭，CCD攝像頭用于攝取樣品表面的標(biāo)示光斑，成像鏡頭用于采集標(biāo)示光斑圖像，并通過數(shù)據(jù)傳輸接口將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
[0026]上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中實(shí)施方法的各個(gè)步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法，其包括以下步驟: 1)計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置一包括有圖像讀取模塊、顯示模塊、濾波預(yù)處理模塊、自動閾值分割模塊和光斑參數(shù)提取模塊的自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元； 2)圖像讀取模塊從計(jì)算機(jī)內(nèi)存中讀取經(jīng)一CCD圖像采集單元采集的標(biāo)示光斑圖像，并將其發(fā)送到顯示模塊和濾波預(yù)處理模塊，其中，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示經(jīng)C⑶圖像采集單元采集到的標(biāo)示光斑圖像； 3)濾波預(yù)處理模塊對標(biāo)示光斑圖像進(jìn)行濾波處理，并將濾波后的標(biāo)示光斑圖像發(fā)送到自動閾值分割模塊； 4)自動閾值分割模塊對濾波后的標(biāo)示光斑圖像采用自動閾值分割算法進(jìn)行處理，具體過程為: ①采用一目標(biāo)窗口對標(biāo)示光斑圖像中的標(biāo)示光斑區(qū)域進(jìn)行選擇，得到目標(biāo)區(qū)域； ②對已選擇的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行二值化處理分離標(biāo)示光斑和背景區(qū)域； 5)光斑參數(shù)提取模塊對二值化后提取的標(biāo)示光斑的斑點(diǎn)進(jìn)行篩選和幾何形狀補(bǔ)償，得到理想的有效光斑，并通過計(jì)算有效光斑面積進(jìn)而得到有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)，同時(shí)將計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)發(fā)送到顯示模塊實(shí)時(shí)顯示； 6)根據(jù)計(jì)算得到的有效光斑的尺寸和中心坐標(biāo)反饋調(diào)節(jié)自動閾值分割模塊中的目標(biāo)窗口大小的選擇，以保證目標(biāo)窗口可以跟隨有效光斑移動。
2.如權(quán)利要求1所述的一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法，其特征在于:所述自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測單元還包括一灰度提取模塊，所述圖像讀取模塊將從所述計(jì)算機(jī)內(nèi)存中讀取經(jīng)一 CCD圖像采集單元采集的標(biāo)示光斑圖像發(fā)送到所述灰度提取模塊，所述灰度提取模塊對標(biāo)示光斑圖像的灰度進(jìn)行提取，得到標(biāo)示光斑灰度圖。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種自動閾值分割光斑中心及尺寸檢測方法，其特征在于:所述CCD圖像采集單元用以采集光源照射到樣品表面所形成的標(biāo)示光斑，它包括一 CCD攝像頭和一成像鏡頭，CCD攝像頭用于攝取待測樣品表面的標(biāo)示光斑，成像鏡頭用于采集標(biāo)示光斑圖像，并通過數(shù)據(jù)傳輸接口將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
【文檔編號】G06T7/00GK103617611SQ201310561209
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】王崝, 曹良才, 金國藩, 章恩耀 申請人:清華大學(xué)