机器视觉测量技术8亚像素定位

1、机器视觉测量技机器视觉测量技术术第八章第八章 图像目标亚像素定位图像目标亚像素定位影响视觉测量精度影响视觉测量精度: :摄像系统物面分辨率摄像系统物面分辨率. (代价较大代价较大)标定和误差修正精度标定和误差修正精度.图像中目标的定位精度图像中目标的定位精度.定位精度为定位精度为0.1像素时像素时硬件分辨率提高硬件分辨率提高 10倍倍.利用目标特性，从图像中分析计算出最符合此特利用目标特性，从图像中分析计算出最符合此特性的目标位置的方法性的目标位置的方法 图像目标定位图像目标定位机器视觉测量技机器视觉测量技术术目标识别目标识别: :确定目标是否存在确定目标是否存在, ,目标粗定位目标粗定位.

2、.目标定位目标定位: :亚像素定位技术亚像素定位技术, ,目标精定位目标精定位. .一一. 亚像素定位原理及选用条件亚像素定位原理及选用条件应用亚像素定位的基本条件应用亚像素定位的基本条件: :1 1、目标由多像素组成、具有一定的几何特性、灰度目标由多像素组成、具有一定的几何特性、灰度分布特性分布特性.2 2、目标定位基准点在目标上的具体位置明确目标定位基准点在目标上的具体位置明确.机器视觉测量技机器视觉测量技术术简单求质心简单求质心 误差误差 0.5.形心法求质心形心法求质心 (2.5,2.5).插值插值 保证样点保证样点拟合拟合 不保证样点不保证样点目标定位目标定位 确定位置确定位置机器视

3、觉测量技机器视觉测量技术术二二、矩方法、矩方法 物体的矩特性在成像前后保持不变物体的矩特性在成像前后保持不变. 适于中心对称目标适于中心对称目标一维连续函数一维连续函数f(x)的的p阶空间矩阶空间矩mp和灰度矩和灰度矩pmdxxfxmpp)(dxxfmpp)(机器视觉测量技机器视觉测量技术术0dt)y, x(d 二维连续函数二维连续函数f(x,y)的的p+q阶空间矩和阶空间矩和p阶灰度矩：阶灰度矩： 数字图像数字图像I(i,j)中区域中区域S的的p+q阶空间矩和阶空间矩和p阶灰度矩阶灰度矩: n为为S中像素数中像素数机器视觉测量技机器视觉测量技术术 二值化图像二值化图像. . 粗定位目标区域粗

4、定位目标区域S . S . 图像处理二值化分割误差和边缘毛刺图像处理二值化分割误差和边缘毛刺. . 求形心求形心. . 1、形心法形心法 二值化图像二值化图像I(i,j)中目标区域中目标区域S的形心（的形心（x0,y0）:机器视觉测量技机器视觉测量技术术 2、灰度重心法灰度重心法 以灰度为权值的加权形心法以灰度为权值的加权形心法目标灰度目标灰度背景灰度背景灰度目标灰度目标灰度=n),得到超定方程组得到超定方程组 BCY 三三、拟合法、拟合法 1、多项式曲线拟合多项式曲线拟合 给出给出(x(xi i,y,yi i) )系列系列, ,最小二乘得到函数最小二乘得到函数f(x)f(x)使均方差使均方差

5、MSEMSE最小最小. .机器视觉测量技机器视觉测量技术术 2、常用拟合亚像素边缘定位法常用拟合亚像素边缘定位法1) 边缘灰度拟合边缘灰度拟合三次多项式拟合边缘灰度值三次多项式拟合边缘灰度值,拐点为边缘位置拐点为边缘位置.2) 边缘灰度导数拟合边缘灰度导数拟合拟合灰度边缘导数值拟合灰度边缘导数值,极值为边缘极值为边缘.3) 拟合插值法拟合插值法边缘灰度分布规律与插值规律相一致时边缘灰度分布规律与插值规律相一致时. .机器视觉测量技机器视觉测量技术术互相关函数：互相关函数：四四、数字相关亚像素定位、数字相关亚像素定位 模板：模板：包含目标函数包含目标函数 的像素灰度矩阵的像素灰度矩阵g(t) 对

6、相关区域对相关区域M进行相关运算，确定目标位置进行相关运算，确定目标位置. 模板选用：模板选用：1)仿真数学表达式，模板中心为目标仿真数学表达式，模板中心为目标. 2)原图像的目标模板原图像的目标模板 (左右图像、序列图像左右图像、序列图像).机器视觉测量技机器视觉测量技术术其中：其中：C(x,y)相关函数相关函数,f(x,y)为原图像为原图像, g(x,y)为模板为模板,W为模板区域为模板区域.相关法的几种数学形式相关法的几种数学形式 1、直接相关直接相关2、协方差相关协方差相关其中：其中：fm,gm分别为分别为f(x,y),g(x,y)在各自相关窗口的均值在各自相关窗口的均值.机器视觉测量

7、技机器视觉测量技术术以灰度平方和作归一化以灰度平方和作归一化. 0c(x,y) 1 .3、标准化相关法标准化相关法4、标准化协方差相关法标准化协方差相关法以灰度平方和作归一化以灰度平方和作归一化. -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. 机器视觉测量技机器视觉测量技术术kijD5、差绝对值和法差绝对值和法计算量小计算量小,不用平方运算不用平方运算.机器视觉测量技机器视觉测量技术术相关法的亚像素定位技术相关法的亚像素定位技术1、亚像素步长相关法亚像素步长相关法对以整数为中心的小区域进行亚像素细定位对以整数为中心的小区域进行亚像

8、素细定位 .其中：其中：dx,dy分别为分别为x和和y方向上的步长方向上的步长,m、n为整数为整数.非整数像素点上的灰度值插值得到。非整数像素点上的灰度值插值得到。机器视觉测量技机器视觉测量技术术2、相关函数拟合极值法相关函数拟合极值法最大值为中心的单峰区域近似满足高斯分布最大值为中心的单峰区域近似满足高斯分布多项式拟合曲面的极值点：多项式拟合曲面的极值点：机器视觉测量技机器视觉测量技术术五五、提高相关定位精度的措施、提高相关定位精度的措施1、增加原图像目标特征的高频信息增加原图像目标特征的高频信息1) 增加目标特征的灰度梯度增加目标特征的灰度梯度2) 提高目标图像的对比度、清晰度提高目标图像的对比度、清晰度3) 滤除噪声提高信噪比滤除噪声提高信噪比2、提高目标与模板的相似性提高目标与模板的相似性模板特征、模板尺寸、确定形式模板特征、模板尺寸、确定形式机器视觉测量技机器视觉测量技术术六六、提高相关运算速度的措施、提高相关运算速度的