[发明专利]一种鱼眼镜头超宽视场下光斑高精度定位方法

说明书

本发明提出了一种鱼眼镜头超宽视场下光斑高精度定位方法，包括如下步骤：对于鱼眼镜头成像光斑，检测得到该光斑的光功率；计算不考虑鱼眼镜头畸变的圆形光斑轮廓，根据该圆形光斑轮廓计算考虑鱼眼镜头畸变的畸形光斑轮廓；根据光功率和圆形光斑轮廓，计算不考虑鱼眼镜头畸变的圆形光斑能量分布；根据畸形光斑轮廓和圆形光斑能量分布，计算考虑鱼眼镜头畸变的畸形光斑能量分布；根据畸形光斑能量分布得到畸形光斑的信号强度和噪声强度，再利用改进的质心定位算法对鱼眼镜头超宽视场下光斑进行定位。本方法解决了鱼眼镜头畸变对光斑定位的影响，从而实现超宽视场下激光信号的高精度定位。

技术领域

本发明属于计算机视觉以及计算机图形学领域，涉及一种鱼眼镜头超宽视场下光斑高精度定位方法。

背景技术

在机器视觉、全景摄影、安防监控以及虚拟现实等领域，鱼眼镜头由于其超宽的视场范围(一般达到甚至超过180°)，得到越来越广泛的应用。但是，鱼眼相机存在严重的畸变，主要包含径向畸变以及切向畸变。其中，径向畸变表现为图像的压缩，即把大视场范围的光线压缩在一个有限的圆内，是鱼眼镜头图像的主要畸变；切向畸变表现为由于镜头制作工艺的不完全对称性，导致在切向的偏移，为微小的畸变。

对于激光入射光束的定位由两个步骤组成，分别是“光斑定位”实现成像光斑的亚像素定位以及“光斑位置到入射角度的映射”把光斑位置映射到入射光束的角度。目前，在计算机视觉以及计算机图形学等领域，对鱼眼镜头畸变矫正的研究很多，主要分为基于硬件测量的畸变矫正和基于模板图像的畸变矫正，都已经取得很好的矫正效果。因此，通过对鱼眼镜头的畸变矫正，可以对鱼眼镜头进行标定，从而实现光斑位置与光束入射角度的映射。接下来，就需要对入射光束的光斑进行定位。

目前，质心定位和高斯曲线拟合是主要的亚像素定位算法，它们都是通过位置和灰度值建立光斑的数学模型，从而高精度地确定光斑中心。但是，这些算法都对噪声敏感。而且，由于鱼眼镜头畸变的影响，成像光斑的能量分布一般不再满足高斯分布，光斑形状不再为圆形，导致光斑定位精度偏差很大。

发明内容

为了克服上述技术的不足，本发明提出了一种鱼眼镜头超宽视场下光斑高精度定位方法，解决鱼眼镜头畸变对光斑定位的影响，从而实现超宽视场下激光信号的高精度定位。

本发明采用的技术方案如下：

一种鱼眼镜头超宽视场下光斑高精度定位方法，包括如下步骤：

对于鱼眼镜头成像光斑，检测得到该光斑的光功率；

计算不考虑鱼眼镜头畸变的圆形光斑轮廓，根据该圆形光斑轮廓计算考虑鱼眼镜头畸变的畸形光斑轮廓；

根据光功率和圆形光斑轮廓，计算不考虑鱼眼镜头畸变的圆形光斑能量分布；

根据畸形光斑轮廓和圆形光斑能量分布，计算考虑鱼眼镜头畸变的畸形光斑能量分布；

根据畸形光斑能量分布得到畸形光斑的信号强度和噪声强度，再利用改进的质心定位算法对鱼眼镜头超宽视场下光斑进行定位。

进一步地，计算圆形光斑轮廓的公式如下：

(x₁-x₀)²+(y₁-y₀)²＝r²，

其中，(x₁,y₁)为圆形光斑轮廓上的点，(x₀,y₀)为圆形光斑的中心，r为圆形光斑的半径。

进一步地，根据如下畸形光斑坐标与圆形光斑坐标的关系式：

得到如下畸形光斑轮廓的公式：