專利名稱：哈特曼波前探測(cè)器的光斑、孔徑搜索方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)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(shè)備。
背景技術(shù)：
哈特曼波前探測(cè)器已廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)之中，它可以事先用一束高質(zhì)量的參考光標(biāo)定，而在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)無需參考光，對(duì)環(huán)境的要求不像干涉儀那樣嚴(yán)格，因此它可以應(yīng)用于光學(xué)元件質(zhì)量控制、光束質(zhì)量診斷、人眼像差、角膜面形測(cè)量、自適應(yīng)光學(xué)等方面。哈特曼波前探測(cè)器工作的基本原理為將大區(qū)域的像差劃分成小區(qū)域，通過檢測(cè)這些小區(qū)域(子孔徑)的偏移像差來得到大區(qū)域的整體像差。在檢測(cè)小區(qū)域的偏移像差時(shí)，需要計(jì)算當(dāng)前區(qū)域相對(duì)于標(biāo)定時(shí)的偏移，因此，通常的哈特曼波前探測(cè)器事先根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)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(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)測(cè)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(cè)器就無能為力了。這種情況也嚴(yán)重地制約了哈特曼波前探測(cè)器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的哈特曼波前探測(cè)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(cè)量動(dòng)態(tài)范圍有限的問題，提出了一種用于哈特曼波前探測(cè)器的光斑、孔徑搜索方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和設(shè)備自動(dòng)搜索和匹配測(cè)量點(diǎn)源的哈特曼的子孔徑，進(jìn)而使測(cè)量點(diǎn)源的哈特曼探測(cè)器具有更大的測(cè)量范圍。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提出了一種用于哈特曼波前探測(cè)器的光斑捜索方法，包括步驟計(jì)算哈特曼波前探測(cè)器獲得的圖像的背景閾值；用所述圖像中的每個(gè)像素的值減去所述背景閾值；計(jì)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(jì)算其他光斑的中心坐標(biāo)以及與參考中心之間的位置關(guān)系；其中，在以某個(gè)步長(zhǎng)向某一方向搜索時(shí)，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(zhǎng)，用于下ー步的搜索。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提出了一種用于哈特曼波前探測(cè)器的孔徑搜索的方法，包括步驟根據(jù)待測(cè)量圖像計(jì)算背景閾值；將待測(cè)量圖像減閾值；估計(jì)待測(cè)量圖像的光斑群中心位置，井根據(jù)估計(jì)得到的中心位置捜索到最近的ー個(gè)光斑點(diǎn)，以該光斑點(diǎn)為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次捜索其它光斑點(diǎn)，并計(jì)算光斑點(diǎn)中心坐標(biāo)及其與參考中心的位置關(guān)系；基于所述捜索結(jié)果得到光斑群子孔徑分布及各光斑中心位置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提出了一種用于哈特曼波前探測(cè)器的孔徑搜索的設(shè)備，包括根據(jù)待測(cè)量圖像計(jì)算背景閾值的裝置；將待測(cè)量圖像減閾值的裝置；估計(jì)待測(cè)量圖像的光斑群中心位置，井根據(jù)估計(jì)得到的中心位置捜索到最近的ー個(gè)光斑點(diǎn)的裝置；以該光斑點(diǎn)為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次搜索其它光斑點(diǎn)，并計(jì)算光斑點(diǎn)中心坐標(biāo)及其與參考中心的位置關(guān)系的裝置；基于所述搜索結(jié)果得到光斑群子孔徑分布及各光斑中心位置的裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種用于哈特曼波前探測(cè)器的孔徑匹配方法，包括步驟取一幅圖像的光斑中心參數(shù)矩陣為基準(zhǔn)矩陣；將另一幅圖像的光斑中心參數(shù)矩陣進(jìn)行橫縱方向上平移并與基準(zhǔn)矩陣進(jìn)行比較，得到重合光斑中心的個(gè)數(shù)；將重合光斑中心個(gè)數(shù)最多的二維平移值作為兩光斑中心參數(shù)矩陣的匹配位置。利用上述方法和 設(shè)備可以自動(dòng)搜索點(diǎn)源目標(biāo)的位置，不需要人為地去尋找，并且在搜索的過程中自動(dòng)更新步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了光斑搜索的自動(dòng)化。另外，上述方法和設(shè)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(xù)計(jì)算所需的矩陣中適當(dāng)?shù)奈恢茫⑶铱梢耘袛嗄晨讖绞欠袢鄙俟獍?，?shí)現(xiàn)了孔徑搜索的自動(dòng)化。另外，上述方法和設(shè)備可以自動(dòng)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(shù)據(jù)匹配。


下面的附圖表明了本發(fā)明的實(shí)施方式。這些附圖和實(shí)施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中光斑搜索方法的流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中子孔徑自動(dòng)搜索方法的流程圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中子孔徑自動(dòng)匹配方法的流程圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中采集得到的標(biāo)定圖像；圖7為用本發(fā)明實(shí)施例的方法的子孔徑搜索算法得到的標(biāo)定圖像的子孔徑示例；圖8為本發(fā)明實(shí)施例中采集得到的測(cè)量圖像；以及圖9為用本發(fā)明實(shí)施例的方法的子孔徑搜索算法得到的測(cè)量圖像的子孔徑示例。
具體實(shí)施例方式下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。在整個(gè)說明書中，對(duì)“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和、或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)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(biāo)記指示相同的元件。這里使用 的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備的示意圖。如圖I所示，本實(shí)施的設(shè)備方案包括哈特曼波前探測(cè)器器10和計(jì)算裝置20。哈特曼波前探測(cè)器10例如是采用的是透鏡陣列結(jié)構(gòu)的哈特曼波前探測(cè)器，計(jì)算裝置20例如是個(gè)人計(jì)算機(jī)或者其他諸如膝上計(jì)算機(jī)或者工控機(jī)之類的計(jì)算設(shè)備。雖然圖I中是是將哈特曼波前探測(cè)器10與計(jì)算裝置20分開描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到將計(jì)算裝置20與哈特曼波前探測(cè)器10形成為一體(例如，稱為哈特曼波前探測(cè)設(shè)備)也是可以的。圖2示出了如圖I所示的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，哈特曼波前探測(cè)器10所探測(cè)得到的圖像被計(jì)算裝置20采集，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器21之中。只讀存儲(chǔ)器(R0M)22中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理器的配置信息以及程序。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 23用于在處理器26工作過程中暫存各種數(shù)據(jù)。另外，存儲(chǔ)器21中還存儲(chǔ)有用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)程序，用于搜索光斑、定位哈特曼波前探測(cè)器所探測(cè)的圖像中的孔徑、或者對(duì)兩幅圖像進(jìn)行匹配或者其他的操作并且在顯示裝置27上顯示處理結(jié)果。輸入裝置25方便用戶操作計(jì)算裝置20，例如利用鍵盤輸入或調(diào)整參數(shù)等操作。內(nèi)部總線24連接上述的存儲(chǔ)器21、只讀存儲(chǔ)器22、隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(biāo)之類的輸入裝置25輸入的數(shù)據(jù)采集命令后，計(jì)算裝置20從哈特曼波前探測(cè)器10采集所捕獲的圖像，顯示在顯示裝置27的顯示屏上。當(dāng)用戶啟動(dòng)計(jì)算機(jī)程序來對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí)，處理器26執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序來自動(dòng)地搜索圖像中的光斑、定位該圖像中的子孔徑或者計(jì)算兩幅圖像中子孔徑的偏移量等操作。在得到處理結(jié)果后，顯示裝置27在顯示屏上顯出處理結(jié)果，例如用特定的標(biāo)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(jié)論，或者是僅僅輸出兩幅圖像之間的子孔徑的相對(duì)偏移量供用戶使用。圖3為本發(fā)明實(shí)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(yīng)的參數(shù)，也可以從預(yù)先設(shè)置的表格中選擇所需的參數(shù)。然后，在步驟32，根據(jù)當(dāng)前位置以及搜索方向進(jìn)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(duì)搜索參數(shù)進(jìn)行更新，例如更新搜索步長(zhǎng)。設(shè)圖像為IB，中心參數(shù)矩陣為CB、CX和CY，步長(zhǎng)為S，搜索窗口邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，圖像起始中心為(ux，uy)，起始中心參數(shù)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(shù)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(jié)束，搜索結(jié)果為失??；否則，以(sx，sy)為中心，L為邊長(zhǎng)作一正方形，搜索IB在此正方形區(qū)域內(nèi)灰度值的最大值及位置(mx，my)，搜索結(jié)果為成功，并按如下法則對(duì)中心參數(shù)矩陣賦值若灰度值的最大值為0，則
權(quán)利要求
1.一種用于哈特曼波前探測(cè)器的光斑捜索方法，包括步驟 計(jì)算哈特曼波前探測(cè)器獲得的圖像的背景閾值； 用所述圖像中的每個(gè)像素的值減去所述背景閾值； 計(jì)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(jì)算其他光斑的中心坐標(biāo)以及與參考中心之間的位置關(guān)系； 其中，在以某個(gè)步長(zhǎng)向某一方向搜索時(shí)，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(zhǎng)，用于下ー步的搜索。
2.如權(quán)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(quán)利要求I所述的光斑捜索方法，其中所述計(jì)算背景閾值的步驟包括計(jì)算圖像的至少ー個(gè)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(quán)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(guān)系存儲(chǔ)在中心參數(shù)矩陣中。
5.如權(quán)利要求I所述的光斑捜索方法，其中，將預(yù)定范圍內(nèi)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(cè)器的光斑捜索設(shè)備，包括 計(jì)算哈特曼波前探測(cè)器獲得的圖像的背景閾值的裝置； 用所述圖像中的每個(gè)像素的值減去所述背景閾值的裝置； 計(jì)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(jì)算其他光斑的中心坐標(biāo)以及與參考中心之間的位置關(guān)系的裝置； 其中，在以某個(gè)步長(zhǎng)向某一方向搜索時(shí)，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(zhǎng)，用于下ー步的搜索。
7.一種用于哈特曼波前探測(cè)器的孔徑搜索的方法，包括步驟 根據(jù)待測(cè)量圖像計(jì)算背景閾值； 將待測(cè)量圖像減閾值； 估計(jì)待測(cè)量圖像的光斑群中心位置，井根據(jù)估計(jì)得到的中心位置捜索到最近的ー個(gè)光斑點(diǎn)， 以該光斑點(diǎn)為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次搜索其它光斑點(diǎn)，并計(jì)算光斑點(diǎn)中心坐標(biāo)及其與參考中心的位置關(guān)系； 基于所述捜索結(jié)果得到光斑群子孔徑分布及各光斑中心位置。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中計(jì)算背景閾值的步驟包括計(jì)算待測(cè)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(quán)利要求7所述的方法，其中根據(jù)估計(jì)得到的中心位置捜索到最近的ー個(gè)光斑點(diǎn)的步驟包括 以更新后的步長(zhǎng)搜索光斑點(diǎn)，并且將距離與所述中心位置最小的那個(gè)光斑點(diǎn)作為最近的光斑點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述更新后的步長(zhǎng)具體為將預(yù)定范圍內(nèi)的灰度最大值所在的點(diǎn)與搜索中心參考點(diǎn)之間的距離。
11.一種用于哈特曼波前探測(cè)器的孔徑搜索的設(shè)備，包括 根據(jù)待測(cè)量圖像計(jì)算背景閾值的裝置； 將待測(cè)量圖像減閾值的裝置； 估計(jì)待測(cè)量圖像的光斑群中心位置，井根據(jù)估計(jì)得到的中心位置捜索到最近的ー個(gè)光斑點(diǎn)的裝置； 以該光斑點(diǎn)為參考中心，按圖像的橫、縱方向依次搜索其它光斑點(diǎn)，并計(jì)算光斑點(diǎn)中心坐標(biāo)及其與參考中心的位置關(guān)系的裝置； 基于所述捜索結(jié)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(cè)器的孔徑匹配方法，包括步驟 取一幅圖像的光斑中心參數(shù)矩陣為基準(zhǔn)矩陣； 將另一幅圖像的光斑中心參數(shù)矩陣進(jìn)行橫、縱方向上平移并與基準(zhǔn)矩陣進(jìn)行比較，得到重合光斑中心的個(gè)數(shù)； 將重合光斑中心個(gè)數(shù)最多的ニ維平移值作為兩光斑中心參數(shù)矩陣的匹配位置； 其中，所述光斑中心參數(shù)矩陣是通過如權(quán)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(cè)器的光斑、孔徑搜索方法和設(shè)備。該方法包括計(jì)算圖像的背景閾值；用每個(gè)像素的值減去背景閾值；計(jì)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(jì)算其他光斑的中心坐標(biāo)以及與參考中心之間的位置關(guān)系；其中，在以某個(gè)步長(zhǎng)向某一方向搜索時(shí)，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(zhǎng)，用于下一步的搜索。利用上述方法和設(shè)備可以自動(dòng)搜索點(diǎn)源目標(biāo)的位置，不需要人為地去尋找，并且在搜索的過程中自動(dòng)更新步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了光斑搜索的自動(dòng)化。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102622742SQ20111043314
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者史國(guó)華, 張雨東, 楊金生, 王飛, 魏凌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所