【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光通信，特別涉及一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法與裝置。
技術介紹
1、激光通信的應用中，發射端使用激光作為載波傳輸信息，接收端通過光電探測器將接收到的激光信號轉換為電信號，并通過解碼波束攜帶信息，達到激光通信的目的。然而，激光通信要求發射端與接收端之間有非常高的對準精度。但在通信過程中，激光會受到大氣的干擾，產生光束中心位置漂移，導致信號失鎖，無法有效對準光心位置，信息丟失。同時波形產生畸變，發生彌散，光束中心位置難以確定，導致接收端接收到的信號強度不均勻，信息傳輸錯誤，增加誤碼率，信道容量降低。
2、因此，為了監測和校正光束的偏移或模糊，會在系統設計中加入監控手段，例如使用ccd相機或者cmos傳感器來捕捉光斑的圖像，并需要研究模糊圓心及環心的位置獲取算法，降低由于信號失鎖導致的信息誤碼，提升通信質量。
3、現有的圓心確定方法主要分為畸變圓圓心獲取方法和遮蔽圓獲取方法。對于部分遮蔽的圓的圓心可跟根據弦的垂直平分線過圓心的理論，通過多條弦垂直平分線的交點確定圓心位置；或者基于圓上三點可確定唯一圓理論，求出圓心位置。但是這些方法用在處理彌散模糊圓的時候會計算出多個圓心，無法確定原有的唯一圓心，圓心位置的隨機性較大，同時耗時較長。目前比較普遍使用的是通過求解圓重心的方法獲得圓心位置，其通過求解水平和垂直方向上的重心，來獲得圓心的水平和垂直坐標，但該方法沒有充分利用圓的對稱特性，在計算不均勻畸變圓的圓心時會有較大誤差。
4、因此，如何提供一種準確度更高的激光光斑圖像中圓心位置的
技術實現思路
1、本專利技術針對上述研究現狀和存在的問題，提供了一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法與裝置，相較于重心法檢測圓心位置更準確，同時計算速度也較快。
2、本專利技術提供的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，包括如下步驟：
3、s1：獲取激光光斑圖像，所述光斑圖像中為模糊圓/圓環光斑，求取模糊圓/圓環光斑的重心坐標作為初始圓心位置；
4、s2：計算從所述初始圓心位置出發沿所述模糊圓/圓環光斑的多個不同方向的徑向距離，并計算不同方向徑向距離的平均值作為平均半徑；
5、s3：基于所述平均半徑，利用最小二乘法擬合新圓心位置；
6、s4：將所述新圓心位置作為所述初始圓心位置，重復s2-s3，直至當前擬合的新圓心位置與前一次擬合的新圓心位置差異小于預定的閾值，則當前擬合的新圓心位置確定為最終圓心位置。
7、優選的，所述s1包括如下步驟：
8、s11：計算所述激光光斑圖像中所有像素點坐標(x,y)對應的灰度值i(x,y)；
9、s12：基于所述灰度值計算激光光斑圖像中模糊圓/圓環光斑的重心坐標(x0,y0)，所述重心坐標作為初始的模糊圓/圓環光斑的圓心坐標：
10、
11、優選的，所述s2包括如下步驟：
12、
13、式中，ri為基于從所述初始圓心位置出發沿所述模糊圓/圓環光斑的i個不同方向計算的平均半徑，(xij,yij)為所述模糊圓/圓環光斑的像素點坐標，即為i方向上像素點j的坐標,(x0,y0)為所述模糊圓/圓環光斑的圓心坐標。
14、優選的，所述s3包括如下步驟：
15、(xri-xk)2+(yri-yk)2＝ri2；
16、式中，(xri,yri)為所述模糊圓/圓環光斑的平均半徑ri對應的像素點坐標，(xk,yk)為擬合的新圓心位置，ri為基于從所述初始圓心位置出發沿所述模糊圓/圓環光斑的i個不同方向計算的平均半徑。
17、優選的，所述s4包括如下步驟：
18、(xk-xk-1)2+(yk-yk-1)2＜ε；
19、式中，(xk,yk)為所述當前擬合的新圓心位置，(xk-1,yk-1)為所述前一次擬合的新圓心位置，ε為所述預定的閾值。
20、本專利技術還提供了一種根據所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法的激光光斑圖像中圓心位置的檢測裝置，包括：
21、初始圓心位置計算模塊，用于獲取激光光斑圖像，所述光斑圖像中為模糊圓/圓環光斑，求取模糊圓/圓環光斑的重心坐標作為初始圓心位置；
22、平均半徑計算模塊，用于計算從所述初始圓心位置出發沿所述模糊圓/圓環光斑的多個不同方向的徑向距離，并計算不同方向徑向距離的平均值作為平均半徑；
23、新圓心位置擬合模塊，用于基于所述平均半徑，利用最小二乘法擬合新圓心位置，通過重復調用所述平均半徑計算模塊擬合新圓心位置，直至當前擬合的新圓心位置與前一次擬合的新圓心位置差異小于預定的閾值，則當前擬合的新圓心位置確定為最終圓心位置。
24、優選的，所述檢測裝置位于激光接收端，所述激光接收端用于接收攜帶有信息的激光波束。
25、相較現有技術具有以下有益效果：
26、本專利技術可以準確的求解激光光斑圖像中模糊畸變圓及圓環的圓心位置，并且計算速度較快。
27、通過精確獲取圓心位置，能有效地減少因信號失鎖導致的信息誤碼，提升了激光通信系統的穩定性。
28、相較于傳統的圓心確定方法，如基于重心法，本專利技術通過迭代算法快速求解圓心位置，不僅提高了計算的速度，還降低了畸變對圓心位置計算的影響，從而使計算更加高效。
29、使用最小二乘擬合的方法來獲取圓心位置，可以在一定程度上克服不規則或不均勻畸變圓心位置計算中的誤差累積問題，提高了算法的魯棒性，使其在復雜環境下依然能夠穩定工作。
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1.一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，所述S1包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，所述S2包括如下步驟：
4.根據權利要求1所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，所述S3包括如下步驟：
5.根據權利要求1所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，所述S4包括如下步驟：
6.一種根據權利要求1-5中任一項所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法的激光光斑圖像中圓心位置的檢測裝置，其特征在于，包括：
7.根據權利要求6所述的激光光斑圖像中圓心位置的檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置位于激光接收端，所述激光接收端用于接收攜帶有信息的激光波束。
【技術特征摘要】
1.一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，所述s1包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，所述s2包括如下步驟：
4.根據權利要求1所述的一種激光光斑圖像中圓心位置的檢測方法，其特征在于，所述s3包括如下步驟：
【專利技術屬性】
技術研發人員：王萬君，陽志強，鞏蕾，王利國，楊利紅，李瑤，
申請(專利權)人：西安工業大學，
類型：發明
國別省市：
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