一种光斑中心提取方法、装置、设备和计算机可读存储介质与流程

本发明实施例涉及图像处理技术，尤其涉及一种光斑中心提取方法、装置、设备和计算机可读存储介质。

背景技术：

近年来，随着高速摄影及激光技术在测量物体参数方面的广泛普及应用，越来越多的研究人员用其研究自动机运动规律，但是在这之前，首先需要提取自动机运动规律图像的光斑中心。

目前，提取自动机运动规律图像光斑中心的方法主要有重心法、高斯拟合方法和圆拟合法等，而重心法、高斯拟合方法由于本身的复杂度较高而且定位精度不够理想，使得实用性改进的可能性很小。圆拟合法是根据最小二乘原理即残差平方和最小用圆来逼近光斑轮廓来提取光斑中心，该方法经推导和多次迭代可进一步提高检测精度。

然而，圆拟合法由于其自身抗干扰能力差，导致提取到的自动机运动规律图像的光斑中心定位精度低。

技术实现要素：

本发明提供一种光斑中心提取方法、装置、设备和计算机可读存储介质，以实现快速精准的提取光斑中心。

第一方面，本发明实施例提供了一种光斑中心提取方法，该方法包括：

把视频图像的格式转化为图片格式进行保存；

对所述转化后的图像进行预处理；

采用圆心拟合法提取光斑中心位置。

进一步地，在把视频图像的格式转化为图片格式进行保存之前，还包括：从摄像设备接收视频流；

按照预设采集条件，从所述视频流中截取所述视频图像。

进一步地，在所述从摄像设备接收视频流之前，还包括：

搭建采集所述视频图像的系统；

对摄像设备进行配置。

进一步地，对所述转化后的图像进行预处理，包括：中值滤波、亮度调节、阈值分割及形态学滤波。第二方面，本发明实施例还提供了一种光斑中心提取装置，该装置包括：

图像格式转化模块，用于把视频图像的格式转化为图片格式进行保存；

图像预处理模块，用于对所述转化后的图像进行预处理；

光斑中心提取模块，用于采用圆心拟合法提取光斑中心位置。

进一步地，所述装置还包括：

视频流接收模块，用于在把视频图像的格式转化为图片格式进行保存之前，

从摄像设备接收视频流；

视频流截取模块，用于在把视频图像的格式转化为图片格式进行保存之前，按照预设采集条件，从所述视频流中截取所述视频图像。

进一步地，所述装置，还包括：

系统搭建模块，用于在所述从摄像设备接收视频流之前，搭建所述采集视频图像的系统；

摄像设备配置模块，用于在所述从摄像设备接收视频流之前，对摄像设备进行配置。

进一步地，所述图像预处理模块包括：中值滤波单元、亮度调节单元、阈值分割单元及形态学滤波单元。

第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，该设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现第一方面中任一所述的光斑中心提取方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一所述的光斑中心提取方法。

本发明实施例提供的光斑中心提取方法和装置，通过搭建视频图像采集系统，对摄像设备进行配置，最后对由摄像设备采集到的视频图像进行图像预处理和采用圆心拟合法提取光斑中心位置，解决了用圆拟合法提取光斑中心时，抗干扰能力差，精度低的问题。提高了光斑中心算法的抗干扰性，实现了光斑中心的准确提取，同时与圆拟合法相比减少了迭代次数。

附图说明

图1是本发明实施例一中提供的一种光斑中心提取方法的流程图；

图2是本发明实施例一中提供的一种光斑中心提取方法的流程图；

图3是本发明实施例二中提供的一种光斑中心提取装置的框图；

图4是本发明实施例四中提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种光斑中心提取方法的流程图，本实施例可适用于自动机运动规律图像光斑中心提取情况，该方法可以由本发明实施例提供的光斑中心提取装置/设备/计算机可读存储介质来执行，该装置/设备/计算机可读存储介质可采用软件和/或硬件的方式实现。参见图1，该方法具体包括：

步骤110、把视频图像的格式转化为图片格式进行保存。

其中，视频图像是指采集自动机运动规律的采集系统所采集到的以.avi的视频格式保存的视频图像。采集系统由扇形激光光幕单元、高速成像与存储单元、数据处理和显示单元组成。扇形激光光幕单元是为采集系统提供光源；数据处理单元可以是含有数据处理软件的计算机或硬件电路；显示单元可以是计算机、示波器等；高速成像与存储单元为高速相机与图像采集卡，这里选择了一款德国mikrotron公司生产型号为mc1362的高速相机以及与其相匹配的dalsa公司生产的型号为x64xeelcra-clpx4full的图像采集卡，可实现满分辨率1280×1024情况下拍摄幅率达500帧/秒，减少分辨率可提高拍摄幅率，拍摄幅率最高设置可达120000帧/秒。

该方法的工作原理，参见图2，205为高速相机，200是高速相机的镜头，201为柱面镜，202为半导体激光器，203为待测自动机，204为原向反射屏，贴在被测自动机上，206是计算机，207是固定高速相机的三脚架，208是由测试光幕。具体的，在相机镜头200正下方固定有一字线形半导体激光器202；发出的激光经过柱面凸透镜201的扩束及镜头中间安装的镜面209改变激光光路(垂直方向变为水平方向)，产生测试光幕208投射到待测自动机203的运动平面上；自动机上贴有一小块原向反射屏204用于原向反射激光，并随待测自动机做同步运动；自动机运动时，适时通过外触发方式控制高速相机205跟踪原向反射屏反射光斑的运动行程，最终通过数据传输线路传给计算机206，利用数据处理单元软件处理得出自动机运动规律的视频图像。

图像处理时首先需要对文件的存储格式进行转换，将视频格式转换为.gif的图片格式并进行保存。具体的，首先利用aviread函数读取指定存储路径下的.avi文件并用size函数计算视频文件所包含图片的总帧数n，根据总帧数设置循环次数，为后续转换工作做准备。利用strcat函数为待转换成的图片序列命名，名字尾号从0开始直到n-1，其排列顺序与视频文件的播放顺序保持一致，进而设置图片序列的存储路径，利用frame2im函数对视频文件进行转换，最终通过imwrite函数将转换完成后的图像信息以.gif的格式写入到制定的存储路径，转换结束。

步骤120、对转化后的图像进行预处理。

其中，预处理主要是指对图像序列进行滤波。常用到的滤波方法分为线性滤波、非线性滤波以及自适应滤波等。预处理具体可以包括：中值滤波、亮度调节、阈值分割及形态学滤波。具体的，首先，需要对采集到的光斑图像进行亮度调节，使图像清晰，对比度明显，并用中值滤波进行去噪预处理。然后选用合适的阈值分割方法将图像和背景分开，即将灰度图像转化为二值图像。由于阈值分割后的图像边缘还是包含了较大的噪声，所以需要进行去噪处理。而形态学的噪声滤波器是由开启和闭合结合的运算构成，提供了一种有效而快速的非线性滤波技术，在不破坏原图像有用细节的前提下使图像更清晰。因此先对分割后的图像进行开运算，再对其进行闭运算的方法来实现形态学滤波，以达到平滑图像边缘的目的。

步骤130、采用圆心拟合法提取光斑中心位置。

对于得到的预处理后的图像，需要对其进行圆心拟合。具体的，首先用形态学函数regionprops找出与所求区域具有相同标准二阶中心矩的椭圆的长轴长度、短轴长度、离心率、质心、面积等，以及找出包含该区域的最小凸多边形的顶点坐标。通过一定的方法，用椭圆的相关参数确定一个有相当多边数的正多边形，并使该正多边形接近一个圆。此时得到的这个圆就是要拟合的圆。

最后在得到的拟合的圆上选取三点，用三点定圆法得到自动机运动规律图像光斑的中心。

本实施例的技术方案，通过搭建视频图像采集系统，对摄像设备进行配置，最后对由摄像设备采集到的视频图像进行图像预处理和采用圆心拟合法提取光斑中心位置，解决了用圆拟合法提取光斑中心时，抗干扰能力差，精度低的问题。提高了光斑中心算法的抗干扰性，实现了光斑中心的准确提取，同时与圆拟合法相比减少了迭代次数。

进一步地，在步骤110之前，还包括：

从摄像设备接收视频流；

按照预设采集条件，从视频流中截取视频图像。

其中，摄像设备可以是高速摄像机等。依据采集视频图像时，设置的采集条件，从采集到的视频流中的选取视频图像。采集条件可以包括曝光时间、拍摄幅率、像素的起止位置以及触发方式等。其中，曝光时间是为了将光投射到相机感光材料的感光面上，快门所要打开的时间，视照相感光材料的感光度和对感光面上的照度而定；拍摄幅率为相机1秒钟中拍摄的张数；像素的起止位置即配置成像的位置和大小；触发方式包括外部触发(外触发ttl脉冲上升、下降沿)和软件触发。

另外，在从摄像设备接收视频流，还包括：

搭建采集视频图像的系统；

对摄像设备进行配置。

实施例二

图3是本发明实施例三提供的光斑中心提取装置的框图，可执行本发明任意实施例所提供的光斑中心提取方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。如图3所示，该装置包括：

图像格式转化模块301，用于把视频图像的格式转化为图片格式进行保存；

图像预处理模块302，用于对转化后的图像进行预处理；

光斑中心提取模块303，用于采用圆心拟合法提取光斑中心位置。

本实施例的技术方案，通过搭建视频图像采集系统，对摄像设备进行配置，最后对由摄像设备采集到的视频图像进行图像预处理和采用圆心拟合法提取光斑中心位置，解决了用圆拟合法提取光斑中心时，抗干扰能力差，精度低的问题。提高了光斑中心算法的抗干扰性，实现了光斑中心的准确提取，同时与圆拟合法相比减少了迭代次数。

可选的，上述装置还可以包括：

视频流接收模块，用于在把视频图像的格式转化为图片格式进行保存之前，

从摄像设备接收视频流；

视频流截取模块，用于在把视频图像的格式转化为图片格式进行保存之前，按照预设采集条件，从视频流中截取视频图像。

可选的，上述装置还可以包括：

系统搭建模块，用于在从摄像设备接收视频流之前，搭建采集视频图像的系统；

摄像设备配置模块，用于在从摄像设备接收视频流之前，对摄像设备进行配置。

其中，图像预处理模块包括：中值滤波单元、亮度调节单元、阈值分割单元及形态学滤波单元。

实施例三

图4为本发明实施例四提供的一种设备的结构示意图。图4示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性设备12的框图。图4显示的设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，该设备12以通用计算设备的形式表现。该设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。

设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd-rom,dvd-rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该设备交互的设备通信，和/或与使得该设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。并且，设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的光斑中心提取方法。

实施例四

本发明实施例五还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可实现上述实施例中任一的光斑中心提取方法。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

上述实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。