1 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京100192
2 北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京100192
3 北京航天发射技术研究所, 北京100076
激光光斑中心的准确定位对共焦显微系统有着重要作用。为了提高光斑中心定位的准确性, 设计了一种基于OpenCV的高精度光斑中心定位检测方法。首先对采集到的光斑图像进行降噪滤波, 再通过聚类分析, 筛选连通域排除粗大误差, 然后对目标连通域边缘进行形态学处理, 最后将边缘数据拟合成椭圆定位光斑中心。仿真与实验结果表明:该方法与其他传统光斑中心定位方法相比, 具有小于0.1 pixel的亚像素级定位精度, 检测结果更稳定, 是一种高精度的光斑中心定位方法。
共焦显微系统 光斑中心定位 滤波降噪 聚类分析 形态学 confocal microscope system spot center positioning filtering and noise reduction cluster analysis morphology
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 四川大学华西医院放疗科, 四川 成都 610041
设计了一种基于点结构光的腹部运动测量系统, 用于监测由呼吸运动引起的患者腹部实时状态, 为主动补偿放疗中因呼吸因素造成的靶区位移、实现靶区的相对静止提供精确位置信息。测量系统基于激光三角测量原理的点结构原理, 将腹部运动转换为激光点移动, 从相机记录下的图像中提取激光点位置, 根据已知系统参数即可从激光点的移动量计算得到每个时刻呼吸所引起的腹部运动量。实验表明, 所提方法能准确、实时地获取位置信息, 具有结构简单、精度高等优点, 能为胸腹动态放疗中患者呼吸因素的补偿提供一种新的解决方法。
呼吸运动 面阵CMOS 激光三角测量 光斑中心定位 系统标定 respiratory motion area CMOS sensor laser triangulation spot center detection system calibration
1 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006
2 北京大学 微纳电子学研究院, 北京 100871
3 广东工业大学 计算机学院, 广州 510006
为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度, 根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点, 提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法, 通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验, 对比研究了不同辐照时间与不同激光功率条件下该算法与传统算法的定位精度。结果表明, 在辐照时间不同的条件下, 该算法定位精度达到0.761 μm, 比灰度重心法提高51.3%, 比最大行列灰度值法提高93.9%; 在激光功率不同条件下, 该算法的定位精度达到0.793 μm, 比灰度重心法提高73.4%, 比最大行列灰度值法提高86.8%。此研究可为皮秒超短脉冲激光光斑中心定位控制系统的设计提供指导。
图像处理 中心定位 灰度直方图 激光光斑 阈值分割 image processing center positioning gray histogram laser spot threshold segmentation
1 中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州),生命科学与医学部,江苏 苏州 215163
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医用光学室,江苏 苏州 215163
3 济南国科医工科技发展有限公司,山东 济南 250102
4 沈阳国科医工科技发展有限公司,辽宁 沈阳 110167
针对现今非接触眼科测量仪器对焦对准速度慢、通用性差和操作复杂的问题,搭建了应用于眼科测量仪器的人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统,并提出了基于四邻域-多方向两级梯度函数的自动对焦算法以及融合卷积神经网络智能感兴趣区域(ROI)窗口的瞳孔中心定位算法。通过实验实拍人眼离焦图像序列及人眼图像测试集,分别对提出的两个算法进行验证。结果显示:所提出的自动对焦算法的平均计算时间约为13 ms,清晰度比率为93.531,优于6种传统的评价算法;所提出的瞳孔中心定位算法的平均计算时间为10.2 ms,准确度为97.14%,相比Hough法、改进Hough法有较大的性能提升。实验结果证明所搭建的系统能够满足眼生物参数测量的准确性、实时性和鲁棒性要求,提升了仪器的自动化水平,有助于眼科测量仪器的智能化发展。
成像系统 医疗光学仪器 自动对焦 瞳孔中心定位 自动对准 图像处理
1 江苏理工学院, 江苏 常州 213001
2 锐光凯奇(镇江)光电科技有限公司, 江苏 镇江 212004
为了提高激光光斑中心的定位精度, 实现激光稳定输出的功能, 提出了基于四象限探测器的激光稳定集成化系统。首先, 根据四象限探测器的工作原理, 对四象限探测器上光斑的中心位置和偏差量进行理论计算和分析, 然后融合计算机信号处理技术和控制技术对四象限探测器信号进行闭环控制, 并将四象限探测器和光学元器件集成在多轴笼式结构中, 完成了激光稳定集成化系统设计。多次实验数据结果表明: 该系统能100%完成对光斑中心的定位, 稳定性达到94.74%, 3次实验误差的差值最大为2.422 μm。
集成化 激光稳定集成化系统 四象限探测器 中心定位 integration, laser stabilization integrated system
上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
为了减少屈光度测量误差,提高精度。本文针对哈特曼法焦度测量建立了较详细的误差模型,着重分析了光源的色散误差、入射光与透镜未垂直、光电探测器中心定位不准、透镜倾斜、光源光线主轴与透镜主轴未重合所引起的屈光度测量误差。结果表明,得出由于光电探测器上中心提取的不准确,会对最终的结果产生较大的误差。并由此提出了双重双线性插值结合拟合法来求取中心的方法,并证明了其有效性和准确性。
哈特曼光阑 焦度测量 误差模型 图像处理 中心定位 Hartmann diaphragm focimeter error model image processing centroid calculation
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
使用足印相机同时对激光光斑和地表成像会导致相机中的激光光斑影像与地面影像重叠,造成激光光斑的中心定位精度较差。本文针对GF-7卫星足印相机实测的图像特点,提出地物噪声图像分类方法,优化高斯拟合光斑中心定位的处理流程,同时分析不同地物噪声背景下光斑图像的分类方法以及对应的光斑中心的提取精度。实验结果表明,所提方法在低中高的不同噪声条件下,中心定位精度分别为0.11,0.13,0.16 pixel,定位方差分别为0.020,0.262,0.341 pixel。在信噪比更好的夜间,光斑定位精度为0.02 pixel,定位方差为0.0036 pixel,说明噪声是影响光斑中心定位精度的最主要因素。
遥感 高分七号卫星 激光测高仪 足印相机 背景噪声 光斑中心定位 光学学报
2021, 41(17): 1728001
1 海军装备部装备项目管理中心,北京 100036
2 北京航空航天大学,北京 102200
在远端(距离监测点500 m以上)激光强度弱并且出现激光光路干扰的实际环境中进行激光光斑中心点定位。首先通过图像预处理进行相机噪声的抑制;接着通过构建激光光斑强度分布模型进行激光光斑的分割;然后通过形态学腐蚀操作抑制误分割现象,同时对处理后的分割图像进行网格化划分,通过计算网格的可信度及中点坐标进行网格中点坐标的组合,完成一级光斑中心定位;最后结合先验知识和中心可能性得分进行中心点搜索调整,完成二级定位,得到激光光斑中心。经过实际场景验证,所提算法在远端激光强度较弱并且存在明显光路干扰的情况下,能够较好地完成远端激光光斑中心定位功能。
激光光斑 中心定位 形态学 网格化 laser spot center positioning morphology meshing
为了解决传统数字图像处理算法中数据运算量大、复杂度高、耗时长的问题, 提出一种基于可编程门阵列(FPGA)光纤光斑中心定位的方法。采用数字信号处理系统,利用开发工具(DSP builder),设计了光斑图像预处理算法和边缘检测算法, 用最小二乘法拟合光斑边界, 采用流水线设计,增强了数据处理的并行能力, 提高了处理速度。在Cyclone V平台上进行理论分析和实验验证, 取得了光斑图像边界、中心坐标数据。结果表明, 在保证对光斑中心定位的绝对误差小于0.1pixel的条件下, 使用FPGA比计算机运算速度能提高21倍以上。该研究能够在FPGA平台上快速准确定位光斑中心。
图像处理 中心定位 最小二乘法 光纤光斑 image processing spot center detection least square method optical fiber spot