機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)8亞像素定位課件

1、機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)第八章第八章 圖像目標(biāo)亞像素定位圖像目標(biāo)亞像素定位影響視覺測(cè)量精度影響視覺測(cè)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(jià)較大代價(jià)較大)標(biāo)定和誤差修正精度標(biāo)定和誤差修正精度.圖像中目標(biāo)的定位精度圖像中目標(biāo)的定位精度.定位精度為定位精度為0.1像素時(shí)像素時(shí)硬件分辨率提高硬件分辨率提高 10倍倍.利用目標(biāo)特性，從圖像中分析計(jì)算出最符合此特利用目標(biāo)特性，從圖像中分析計(jì)算出最符合此特性的目標(biāo)位置的方法性的目標(biāo)位置的方法 圖像目標(biāo)定位圖像目標(biāo)定位機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)目標(biāo)識(shí)別目標(biāo)識(shí)別: :確定目標(biāo)是否存在確定目標(biāo)是否存在, ,目標(biāo)粗定位目標(biāo)粗定位.

2、.目標(biāo)定位目標(biāo)定位: :亞像素定位技術(shù)亞像素定位技術(shù), ,目標(biāo)精定位目標(biāo)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(yīng)用亞像素定位的基本條件應(yīng)用亞像素定位的基本條件: :1 1、目標(biāo)由多像素組成、具有一定的幾何特性、灰度目標(biāo)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(biāo)定位基準(zhǔn)點(diǎn)在目標(biāo)上的具體位置明確目標(biāo)定位基準(zhǔn)點(diǎn)在目標(biāo)上的具體位置明確.機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)簡(jiǎn)單求質(zhì)心簡(jiǎn)單求質(zhì)心 誤差誤差 0.5.形心法求質(zhì)心形心法求質(zhì)心 (2.5,2.5).插值插值 保證樣點(diǎn)保證樣點(diǎn)擬合擬合 不保證樣點(diǎn)不保證樣點(diǎn)目標(biāo)定位目標(biāo)定位 確定位置確定位置機(jī)器視

3、覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)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(duì)稱目標(biāo)適于中心對(duì)稱目標(biāo)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(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)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?cái)?shù)中像素?cái)?shù)機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù) 二值化圖像二值化圖像. . 粗定位目標(biāo)區(qū)域粗

4、定位目標(biāo)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(biāo)區(qū)域中目標(biāo)區(qū)域S的形心（的形心（x0,y0）:機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù) 2、灰度重心法灰度重心法 以灰度為權(quán)值的加權(quán)形心法以灰度為權(quán)值的加權(quán)形心法目標(biāo)灰度目標(biāo)灰度背景灰度背景灰度目標(biāo)灰度目標(biāo)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(xiàng)式曲線擬合多項(xiàng)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(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù) 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(xiàng)式擬合邊緣灰度值三次多項(xiàng)式擬合邊緣灰度值,拐點(diǎn)為邊緣位置拐點(diǎn)為邊緣位置.2) 邊緣灰度導(dǎo)數(shù)擬合邊緣灰度導(dǎo)數(shù)擬合擬合灰度邊緣導(dǎo)數(shù)值擬合灰度邊緣導(dǎo)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(shí)邊緣灰度分布規(guī)律與插值規(guī)律相一致時(shí). .機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)互相關(guān)函數(shù)：互相關(guān)函數(shù)：四四、數(shù)字相關(guān)亞像素定位、數(shù)字相關(guān)亞像素定位 模板：模板：包含目標(biāo)函數(shù)包含目標(biāo)函數(shù) 的像素灰度矩陣的像素灰度矩陣g(t) 對(duì)

6、相關(guān)區(qū)域?qū)ο嚓P(guān)區(qū)域M進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，確定目標(biāo)位置進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，確定目標(biāo)位置. 模板選用：模板選用：1)仿真數(shù)學(xué)表達(dá)式，模板中心為目標(biāo)仿真數(shù)學(xué)表達(dá)式，模板中心為目標(biāo). 2)原圖像的目標(biāo)模板原圖像的目標(biāo)模板 (左右圖像、序列圖像左右圖像、序列圖像).機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)其中：其中：C(x,y)相關(guān)函數(shù)相關(guān)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?yàn)槟０鍏^(qū)域.相關(guān)法的幾種數(shù)學(xué)形式相關(guān)法的幾種數(shù)學(xué)形式 1、直接相關(guān)直接相關(guān)2、協(xié)方差相關(guān)協(xié)方差相關(guān)其中：其中：fm,gm分別為分別為f(x,y),g(x,y)在各自相關(guān)窗口的均值在各自相關(guān)窗口的均值.機(jī)器視覺測(cè)量

7、技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)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(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)法標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)法4、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)方差相關(guān)法標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)方差相關(guān)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(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)kijD5、差絕對(duì)值和法差絕對(duì)值和法計(jì)算量小計(jì)算量小,不用平方運(yùn)算不用平方運(yùn)算.機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)相關(guān)法的亞像素定位技術(shù)相關(guān)法的亞像素定位技術(shù)1、亞像素步長(zhǎng)相關(guān)法亞像素步長(zhǎng)相關(guān)法對(duì)以整數(shù)為中心的小區(qū)域進(jìn)行亞像素細(xì)定位對(duì)以整數(shù)為中心的小區(qū)域進(jìn)行亞像

8、素細(xì)定位 .其中：其中：dx,dy分別為分別為x和和y方向上的步長(zhǎng)方向上的步長(zhǎng),m、n為整數(shù)為整數(shù).非整數(shù)像素點(diǎn)上的灰度值插值得到。非整數(shù)像素點(diǎn)上的灰度值插值得到。機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)2、相關(guān)函數(shù)擬合極值法相關(guān)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(xiàng)式擬合曲面的極值點(diǎn)：多項(xiàng)式擬合曲面的極值點(diǎn)：機(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)五五、提高相關(guān)定位精度的措施、提高相關(guān)定位精度的措施1、增加原圖像目標(biāo)特征的高頻信息增加原圖像目標(biāo)特征的高頻信息1) 增加目標(biāo)特征的灰度梯度增加目標(biāo)特征的灰度梯度2) 提高目標(biāo)圖像的對(duì)比度、清晰度提高目標(biāo)圖像的對(duì)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(biāo)與模板的相似性提高目標(biāo)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(jī)器視覺測(cè)量技機(jī)器視覺測(cè)量技術(shù)術(shù)六六、提高相關(guān)運(yùn)算速度的措施、提高相關(guān)運(yùn)算速度的