專利名稱：哈特曼波前探測器的光斑、孔徑搜索方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及圖像信息處理，特別是ー種用于哈特曼波前傳感器光斑、孔徑搜索方法和設備。
背景技術：
哈特曼波前探測器已廣泛應用于自適應光學系統之中，它可以事先用一束高質量的參考光標定，而在現場測量時無需參考光，對環境的要求不像干涉儀那樣嚴格，因此它可以應用于光學元件質量控制、光束質量診斷、人眼像差、角膜面形測量、自適應光學等方面。哈特曼波前探測器工作的基本原理為將大區域的像差劃分成小區域，通過檢測這些小區域(子孔徑)的偏移像差來得到大區域的整體像差。在檢測小區域的偏移像差時，需要計算當前區域相對于標定時的偏移，因此，通常的哈特曼波前探測器事先根據設計時的參數確定子孔徑的位置。這種方法由于事先確定了子孔徑的位置，因而限制了哈特曼波前探測器的動態范圍。當測量的像差有比較大的低階像差，如傾斜、球差、像散吋，哈特曼波前探測器就無能為力了。這種情況也嚴重地制約了哈特曼波前探測器的應用。
發明內容
考慮到現有技術中的哈特曼波前探測器中需要人為指定子孔徑位置且指定的子孔徑固定而使得測量動態范圍有限的問題，提出了一種用于哈特曼波前探測器的光斑、孔徑搜索方法和設備。根據本發明實施例的方法和設備自動搜索和匹配測量點源的哈特曼的子孔徑，進而使測量點源的哈特曼探測器具有更大的測量范圍。根據本發明的實施例，提出了一種用于哈特曼波前探測器的光斑捜索方法，包括步驟計算哈特曼波前探測器獲得的圖像的背景閾值；用所述圖像中的每個像素的值減去所述背景閾值；計算減閾值后得到的圖像的重心，并且以該重心為中心向周圍搜索，得到與該重心最接近的光斑；以該最接近的光斑為參考中心，在水平和垂直方向上捜索其他光斑，并且計算其他光斑的中心坐標以及與參考中心之間的位置關系；其中，在以某個步長向某一方向搜索時，如果搜索到光斑，則以搜索到的光斑與上一步搜索到的光斑之間的距離重新確定搜索步長，用于下ー步的搜索。根據本發明的實施例，提出了一種用于哈特曼波前探測器的孔徑搜索的方法，包括步驟根據待測量圖像計算背景閾值；將待測量圖像減閾值；估計待測量圖像的光斑群中心位置，井根據估計得到的中心位置捜索到最近的ー個光斑點，以該光斑點為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次捜索其它光斑點，并計算光斑點中心坐標及其與參考中心的位置關系；基于所述捜索結果得到光斑群子孔徑分布及各光斑中心位置。
根據本發明的實施例，提出了一種用于哈特曼波前探測器的孔徑搜索的設備，包括根據待測量圖像計算背景閾值的裝置；將待測量圖像減閾值的裝置；估計待測量圖像的光斑群中心位置，井根據估計得到的中心位置捜索到最近的ー個光斑點的裝置；以該光斑點為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次搜索其它光斑點，并計算光斑點中心坐標及其與參考中心的位置關系的裝置；基于所述搜索結果得到光斑群子孔徑分布及各光斑中心位置的裝置。根據本發明的實施例，一種用于哈特曼波前探測器的孔徑匹配方法，包括步驟取一幅圖像的光斑中心參數矩陣為基準矩陣；將另一幅圖像的光斑中心參數矩陣進行橫縱方向上平移并與基準矩陣進行比較，得到重合光斑中心的個數；將重合光斑中心個數最多的二維平移值作為兩光斑中心參數矩陣的匹配位置。利用上述方法和 設備可以自動搜索點源目標的位置，不需要人為地去尋找，并且在搜索的過程中自動更新步長，實現了光斑搜索的自動化。另外，上述方法和設備可以在整幅圖像中將搜索的光斑按行和列的次序放入后續計算所需的矩陣中適當的位置，并且可以判斷某孔徑是否缺少光斑，實現了孔徑搜索的自動化。另外，上述方法和設備可以自動匹配兩幅圖像得到的孔徑矩陣的偏移，這樣可以校正偏移量使兩幅圖像的子孔徑偏移數據匹配。
下面的附圖表明了本發明的實施方式。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發明的一些實施例，其中圖I示出了根據本發明實施例的設備的示意圖；圖2示出了根據本發明實施例的計算裝置的結構示意圖；圖3為本發明實施例中光斑搜索方法的流程圖；圖4為本發明實施例中子孔徑自動搜索方法的流程圖；圖5為本發明實施例中子孔徑自動匹配方法的流程圖；圖6為本發明實施例中采集得到的標定圖像；圖7為用本發明實施例的方法的子孔徑搜索算法得到的標定圖像的子孔徑示例；圖8為本發明實施例中采集得到的測量圖像；以及圖9為用本發明實施例的方法的子孔徑搜索算法得到的測量圖像的子孔徑示例。
具體實施例方式下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是不必采用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用 的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。圖I示出了根據本發明實施例的設備的示意圖。如圖I所示，本實施的設備方案包括哈特曼波前探測器器10和計算裝置20。哈特曼波前探測器10例如是采用的是透鏡陣列結構的哈特曼波前探測器，計算裝置20例如是個人計算機或者其他諸如膝上計算機或者工控機之類的計算設備。雖然圖I中是是將哈特曼波前探測器10與計算裝置20分開描述，但是本領域的技術人員應該意識到將計算裝置20與哈特曼波前探測器10形成為一體(例如，稱為哈特曼波前探測設備)也是可以的。圖2示出了如圖I所示的設備的結構示意圖。如圖2所示，哈特曼波前探測器10所探測得到的圖像被計算裝置20采集，并存儲在存儲器21之中。只讀存儲器(R0M)22中存儲有計算機數據處理器的配置信息以及程序。隨機存取存儲器(RAM) 23用于在處理器26工作過程中暫存各種數據。另外，存儲器21中還存儲有用于進行數據處理的計算機程序，用于搜索光斑、定位哈特曼波前探測器所探測的圖像中的孔徑、或者對兩幅圖像進行匹配或者其他的操作并且在顯示裝置27上顯示處理結果。輸入裝置25方便用戶操作計算裝置20，例如利用鍵盤輸入或調整參數等操作。內部總線24連接上述的存儲器21、只讀存儲器22、隨機存取存儲器23、輸入裝置25、處理器26和顯示裝置27。例如，在用戶通過諸如鍵盤和鼠標之類的輸入裝置25輸入的數據采集命令后，計算裝置20從哈特曼波前探測器10采集所捕獲的圖像，顯示在顯示裝置27的顯示屏上。當用戶啟動計算機程序來對圖像進行處理時，處理器26執行該計算機程序來自動地搜索圖像中的光斑、定位該圖像中的子孔徑或者計算兩幅圖像中子孔徑的偏移量等操作。在得到處理結果后，顯示裝置27在顯示屏上顯出處理結果，例如用特定的標記指示子孔徑的位置或者顯示子孔徑在圖像中的問題，或者直接給出兩幅圖像的子孔徑是否匹配的結論，或者是僅僅輸出兩幅圖像之間的子孔徑的相對偏移量供用戶使用。圖3為本發明實施例中光斑搜索方法的流程圖。如圖3所示，在步驟31，確定搜索初始條件，例如用戶通過操作輸入裝置25來輸入相應的參數，也可以從預先設置的表格中選擇所需的參數。然后，在步驟32，根據當前位置以及搜索方向進行搜索，并且在步驟33判斷是否滿足搜索停止條件。如果不滿足，則對搜索參數進行更新，例如更新搜索步長。設圖像為IB，中心參數矩陣為CB、CX和CY，步長為S，搜索窗口邊長為L，圖像起始中心為(ux，uy)，起始中心參數矩陣位置為(X，Y)，搜索流程如下I)搜索中心為(sx，Sy)，搜索中心參數矩陣位置為(X'，V )，其取值為若向上搜索，SX = ux, sy = Uy-S, V = X, Y = Y' -I ;若向下搜索，sx = ux, sy = uy+S, V =X, Y = Y' +1 ;若向左搜索，sx = ux-S, sy = uy, X' = X_l, Y = Y';若向若搜索，sx =ux+S, sy = uy, V = X+l, Y = Y'；2)若(sx，sy)超出了圖像IB的取值范圍，{V ,V )超出了矩陣CB的取值范圍，或則搜索結束，搜索結果為失敗；否則，以(sx，sy)為中心，L為邊長作一正方形，搜索IB在此正方形區域內灰度值的最大值及位置(mx，my)，搜索結果為成功，并按如下法則對中心參數矩陣賦值若灰度值的最大值為0，則
權利要求
1.一種用于哈特曼波前探測器的光斑捜索方法，包括步驟 計算哈特曼波前探測器獲得的圖像的背景閾值； 用所述圖像中的每個像素的值減去所述背景閾值； 計算減閾值后得到的圖像的重心，并且以該重心為中心向周圍搜索，得到與該重心最接近的光斑； 以該最接近的光斑為參考中心，在水平和垂直方向上捜索其他光斑，并且計算其他光斑的中心坐標以及與參考中心之間的位置關系； 其中，在以某個步長向某一方向搜索時，如果搜索到光斑，則以搜索到的光斑與上一歩捜索到的光斑之間的距離重新確定搜索步長，用于下ー步的搜索。
2.如權利要求I所述的光斑捜索方法，還包括步驟 將減閾值后小于零的像素的值置為零。
3.如權利要求I所述的光斑捜索方法，其中所述計算背景閾值的步驟包括計算圖像的至少ー個角落中的像素值的均值和方差，將該均值和三倍方差之和作為所述背景閾值。
4.如權利要求I所述的光斑捜索方法，還包括將搜索得到的光斑的中心位置以及與參考中心的位置關系存儲在中心參數矩陣中。
5.如權利要求I所述的光斑捜索方法，其中，將預定范圍內的像素值最大的像素作為搜索到的光斑的中心。
6.一種用于哈特曼波前探測器的光斑捜索設備，包括 計算哈特曼波前探測器獲得的圖像的背景閾值的裝置； 用所述圖像中的每個像素的值減去所述背景閾值的裝置； 計算減閾值后得到的圖像的重心，并且以該重心為中心向周圍搜索，得到與該重心最接近的光斑的裝置； 以該最接近的光斑為參考中心，在水平和垂直方向上捜索其他光斑，并且計算其他光斑的中心坐標以及與參考中心之間的位置關系的裝置； 其中，在以某個步長向某一方向搜索時，如果搜索到光斑，則以搜索到的光斑與上一歩捜索到的光斑之間的距離重新確定搜索步長，用于下ー步的搜索。
7.一種用于哈特曼波前探測器的孔徑搜索的方法，包括步驟 根據待測量圖像計算背景閾值； 將待測量圖像減閾值； 估計待測量圖像的光斑群中心位置，井根據估計得到的中心位置捜索到最近的ー個光斑點， 以該光斑點為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次搜索其它光斑點，并計算光斑點中心坐標及其與參考中心的位置關系； 基于所述捜索結果得到光斑群子孔徑分布及各光斑中心位置。
8.如權利要求7所述的方法，其中計算背景閾值的步驟包括計算待測圖像中的灰度值的均值和方差，將所述均值和三倍的所述方差之和作為所述背景閾值。
9.如權利要求7所述的方法，其中根據估計得到的中心位置捜索到最近的ー個光斑點的步驟包括 以更新后的步長搜索光斑點，并且將距離與所述中心位置最小的那個光斑點作為最近的光斑點。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述更新后的步長具體為將預定范圍內的灰度最大值所在的點與搜索中心參考點之間的距離。
11.一種用于哈特曼波前探測器的孔徑搜索的設備，包括 根據待測量圖像計算背景閾值的裝置； 將待測量圖像減閾值的裝置； 估計待測量圖像的光斑群中心位置，井根據估計得到的中心位置捜索到最近的ー個光斑點的裝置； 以該光斑點為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次搜索其它光斑點，并計算光斑點中心坐標及其與參考中心的位置關系的裝置； 基于所述捜索結果得到光斑群子孔徑分布及各光斑中心位置的裝置。
12.一種用于哈特曼波前探測器的孔徑匹配方法，包括步驟 取一幅圖像的光斑中心參數矩陣為基準矩陣； 將另一幅圖像的光斑中心參數矩陣進行橫、縱方向上平移并與基準矩陣進行比較，得到重合光斑中心的個數； 將重合光斑中心個數最多的ニ維平移值作為兩光斑中心參數矩陣的匹配位置； 其中，所述光斑中心參數矩陣是通過如權利要求I所述的搜索方法得到的。
全文摘要
公開了一種用于哈特曼波前探測器的光斑、孔徑搜索方法和設備。該方法包括計算圖像的背景閾值；用每個像素的值減去背景閾值；計算減閾值后圖像的重心，并且以該重心為中心向周圍搜索，得到與該重心最接近的光斑；以該光斑為參考中心，在水平和垂直方向上搜索其他光斑，并且計算其他光斑的中心坐標以及與參考中心之間的位置關系；其中，在以某個步長向某一方向搜索時，如果搜索到光斑，則以搜索到的光斑與上一步搜索到的光斑之間的距離重新確定搜索步長，用于下一步的搜索。利用上述方法和設備可以自動搜索點源目標的位置，不需要人為地去尋找，并且在搜索的過程中自動更新步長，實現了光斑搜索的自動化。
文檔編號G06T7/00GK102622742SQ20111043314
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者史國華, 張雨東, 楊金生, 王飛, 魏凌 申請人:中國科學院光電技術研究所