機器視覺測量技術8亞像素定位

1、機器視覺測量技機器視覺測量技術術第八章第八章 圖像目標亞像素定位圖像目標亞像素定位影響視覺測量精度影響視覺測量精度: :攝像系統(tǒng)物面分辨率攝像系統(tǒng)物面分辨率. (代價較大代價較大)標定和誤差修正精度標定和誤差修正精度.圖像中目標的定位精度圖像中目標的定位精度.定位精度為定位精度為0.1像素時像素時硬件分辨率提高硬件分辨率提高 10倍倍.利用目標特性，從圖像中分析計算出最符合此特利用目標特性，從圖像中分析計算出最符合此特性的目標位置的方法性的目標位置的方法 圖像目標定位圖像目標定位機器視覺測量技機器視覺測量技術術目標識別目標識別: :確定目標是否存在確定目標是否存在, ,目標粗定位目標粗定位.

2、.目標定位目標定位: :亞像素定位技術亞像素定位技術, ,目標精定位目標精定位. .一一. 亞像素定位原理及選用條件亞像素定位原理及選用條件應用亞像素定位的基本條件應用亞像素定位的基本條件: :1 1、目標由多像素組成、具有一定的幾何特性、灰度目標由多像素組成、具有一定的幾何特性、灰度分布特性分布特性.2 2、目標定位基準點在目標上的具體位置明確目標定位基準點在目標上的具體位置明確.機器視覺測量技機器視覺測量技術術簡單求質心簡單求質心 誤差誤差 0.5.形心法求質心形心法求質心 (2.5,2.5).插值插值 保證樣點保證樣點擬合擬合 不保證樣點不保證樣點目標定位目標定位 確定位置確定位置機器視

3、覺測量技機器視覺測量技術術二二、矩方法、矩方法 物體的矩特性在成像前后保持不變物體的矩特性在成像前后保持不變. 適于中心對稱目標適于中心對稱目標一維連續(xù)函數(shù)一維連續(xù)函數(shù)f(x)的的p階空間矩階空間矩mp和灰度矩和灰度矩pmdxxfxmpp)(dxxfmpp)(機器視覺測量技機器視覺測量技術術0dt)y, x(d 二維連續(xù)函數(shù)二維連續(xù)函數(shù)f(x,y)的的p+q階空間矩和階空間矩和p階灰度矩：階灰度矩： 數(shù)字圖像數(shù)字圖像I(i,j)中區(qū)域中區(qū)域S的的p+q階空間矩和階空間矩和p階灰度矩階灰度矩: n為為S中像素數(shù)中像素數(shù)機器視覺測量技機器視覺測量技術術 二值化圖像二值化圖像. . 粗定位目標區(qū)域粗

4、定位目標區(qū)域S . S . 圖像處理二值化分割誤差和邊緣毛刺圖像處理二值化分割誤差和邊緣毛刺. . 求形心求形心. . 1、形心法形心法 二值化圖像二值化圖像I(i,j)中目標區(qū)域中目標區(qū)域S的形心（的形心（x0,y0）:機器視覺測量技機器視覺測量技術術 2、灰度重心法灰度重心法 以灰度為權值的加權形心法以灰度為權值的加權形心法目標灰度目標灰度背景灰度背景灰度目標灰度目標灰度=n),得到超定方程組得到超定方程組 BCY 三三、擬合法、擬合法 1、多項式曲線擬合多項式曲線擬合 給出給出(x(xi i,y,yi i) )系列系列, ,最小二乘得到函數(shù)最小二乘得到函數(shù)f(x)f(x)使均方差使均方差

5、MSEMSE最小最小. .機器視覺測量技機器視覺測量技術術 2、常用擬合亞像素邊緣定位法常用擬合亞像素邊緣定位法1) 邊緣灰度擬合邊緣灰度擬合三次多項式擬合邊緣灰度值三次多項式擬合邊緣灰度值,拐點為邊緣位置拐點為邊緣位置.2) 邊緣灰度導數(shù)擬合邊緣灰度導數(shù)擬合擬合灰度邊緣導數(shù)值擬合灰度邊緣導數(shù)值,極值為邊緣極值為邊緣.3) 擬合插值法擬合插值法邊緣灰度分布規(guī)律與插值規(guī)律相一致時邊緣灰度分布規(guī)律與插值規(guī)律相一致時. .機器視覺測量技機器視覺測量技術術互相關函數(shù)：互相關函數(shù)：四四、數(shù)字相關亞像素定位、數(shù)字相關亞像素定位 模板：模板：包含目標函數(shù)包含目標函數(shù) 的像素灰度矩陣的像素灰度矩陣g(t) 對

6、相關區(qū)域對相關區(qū)域M進行相關運算，確定目標位置進行相關運算，確定目標位置. 模板選用：模板選用：1)仿真數(shù)學表達式，模板中心為目標仿真數(shù)學表達式，模板中心為目標. 2)原圖像的目標模板原圖像的目標模板 (左右圖像、序列圖像左右圖像、序列圖像).機器視覺測量技機器視覺測量技術術其中：其中：C(x,y)相關函數(shù)相關函數(shù),f(x,y)為原圖像為原圖像, g(x,y)為模板為模板,W為模板區(qū)域為模板區(qū)域.相關法的幾種數(shù)學形式相關法的幾種數(shù)學形式 1、直接相關直接相關2、協(xié)方差相關協(xié)方差相關其中：其中：fm,gm分別為分別為f(x,y),g(x,y)在各自相關窗口的均值在各自相關窗口的均值.機器視覺測量

7、技機器視覺測量技術術以灰度平方和作歸一化以灰度平方和作歸一化. 0c(x,y) 1 .3、標準化相關法標準化相關法4、標準化協(xié)方差相關法標準化協(xié)方差相關法以灰度平方和作歸一化以灰度平方和作歸一化. -1c(x,y) 1 .c=1,完全相同，完全相同， c=0完全不同，完全不同， c=-1完全相反完全相反. 機器視覺測量技機器視覺測量技術術kijD5、差絕對值和法差絕對值和法計算量小計算量小,不用平方運算不用平方運算.機器視覺測量技機器視覺測量技術術相關法的亞像素定位技術相關法的亞像素定位技術1、亞像素步長相關法亞像素步長相關法對以整數(shù)為中心的小區(qū)域進行亞像素細定位對以整數(shù)為中心的小區(qū)域進行亞像

8、素細定位 .其中：其中：dx,dy分別為分別為x和和y方向上的步長方向上的步長,m、n為整數(shù)為整數(shù).非整數(shù)像素點上的灰度值插值得到。非整數(shù)像素點上的灰度值插值得到。機器視覺測量技機器視覺測量技術術2、相關函數(shù)擬合極值法相關函數(shù)擬合極值法最大值為中心的單峰區(qū)域近似滿足高斯分布最大值為中心的單峰區(qū)域近似滿足高斯分布多項式擬合曲面的極值點：多項式擬合曲面的極值點：機器視覺測量技機器視覺測量技術術五五、提高相關定位精度的措施、提高相關定位精度的措施1、增加原圖像目標特征的高頻信息增加原圖像目標特征的高頻信息1) 增加目標特征的灰度梯度增加目標特征的灰度梯度2) 提高目標圖像的對比度、清晰度提高目標圖像的對比度、清晰度3) 濾除噪聲提高信噪比濾除噪聲提高信噪比2、提高目標與模板的相似性提高目標與模板的相似性模板特征、模板尺寸、確定形式模板特征、模板尺寸、確定形式機器視覺測量技機器視覺測量技術術六六、提高相關運算速度的措施、提高相關運算速度的