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把硅块放正在 物距为450ram处

发表时间:2019-09-29 访问次数:  


  ResearchDevelopment韩丽燕王黎明刘宾 注:山西省天然科学基金项目(编号:27012003)摘要:基于散焦图像的景物距离消息获取是当前计较机视觉研究的抢手课题,但当前大都方式存正在有必然 的局限性.无法满脚现代高效率工业检溺4手艺的要求。本文提出一种散焦测距的新方式,该方式操纵调制 传送函数(MTF)来描述图像的散焦程度,通过对丈量系统进行标定获得物距取散焦程度之间的关系曲 线。再求得被测物正在未知物距上的MTF值,按照对系统标定所得的关系曲线即可得出被测物的距离消息。 尝试成果表了然该方式的无效性。 环节词:散焦;调制传送函数(MTF);边缘扩散函数(ESV) 中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1006-883X(2011)02-0009-03 一、引言 自从Pcntland正在1987岁首年月次提出了基于散焦图像的深度估量较法【l】以来,散焦算法测脚巨被普遍使用于视 觉范畴研究中,此后又有人提出诸如基于频次域或逆滤波求取弥散半径等的测距方式【2】,这些方式大多是通过 改变相机的内部参数来获得统一景物的两幅散焦程度分歧的图像来计较深度的,需要晓得光学系统的切确数 学模子,且会使图像的放大率发生改变,两幅图像间存正在着大小婚配问题,需要对其进行额外处置,添加了 算法的复杂度。文献【3】通过利用远心镜头来获取景物距离,这种方式虽然比力简单但对被测物大小的要求较 严酷,被测物曲径需小于等于远心镜头的曲径,因而存正在必然的局限性,不克不及普遍使用于工程实践中。 本文提出一种基于边缘扩散厢数(Edge Spread Function,ESF)来描述散焦程度以获取景物距离消息的算 法,通过对丈量系统进行全体标定,操纵调制传送函数(Modulation Transfer Function,MTF)曲线来描述分歧 散焦程度的图像,获得该系统下物距取散焦程度的对应函数曲线,再对被测物获取一幅或两幅图像,即可根 据对系统标定所得的函数曲线得出被测物的距离消息。 二、散焦测距道理 基于散焦图像的测距道理是按照物体所处若是 偏离相机聚焦平面,就会正在像检测器上构成恍惚的散焦 图像,且偏离距离越大,图像的散焦恍惚程度也越强, 操纵这一图像变化特点并连系少量预知参数就可计较获 得物体的距离消息。 正在图1散焦测距的道理图中,物体概况P点发射的 光通过孔径光栏后,被焦距为,的透镜会聚于物体的像 点P,,按照几何光学的物像关系,有: 2011.02 SensorWodd wwwS翻lOCWOIld.COCrLCll Research&Development取开辟 lll一+——=—— 广诱镜焦距。当P’像点和摄像平面不沉应时,物点P正在摄像面上构成 的像不是清晰的点,而是一个半径为R的恍惚光斑, 按照 数学关系式可知其光斑半径脚取光学系统的光学参数之间有 如下关系f4J: R=了Ds【.71一i1一} 此中,D一透镜孔径7r成像面距透镜的距离。 从式(2)晓得,正在已知系统的光学参数的环境下,只需 丈量出物体上某点恍惚光斑的半径尺,就能计较出该点的物 距甜。但凡是环境下,R不易切确求出,因而本文提出一种 新的方式,通过边缘扩散程度来描述散焦程度并获取物体的 距离消息。 三、基于边缘扩散函数描述散焦程度的理论根本 由以上散焦道理可知,图像的清晰度反映了系统的离焦 程度,而边缘是图像最根基的特征,图像清晰度取边缘特征 的关系是,当系统成像清晰时,边缘点处的灰度阶跃变化大, 当成像不清晰时,边缘点处灰度阶跃变化小【5】。 .下面以阶跃边缘为例,不考虑噪声等要素的影响, 正在聚焦成像环境下,阶跃边缘如图2(a)所示,而正在散焦情 况下,阶跃边缘会变成图2(b) 所示环境。分歧的散焦程度所 形成的边缘扩散程度是分歧 的,因而能够操纵边缘点处灰 度阶跃变化程度来反映图像的 散焦程度。 图像边缘点处的灰度阶跃 变化能够用对其投影获得的 ESF来描述,对ESF进行微分 能够获得图像的线扩散函数 (Line Spread Function,LSF): LSF(x):—dESF—(x)(3) 出对所得的LSF做离散傅里 叶变换进行归~化处置并用高 传感嚣世界加11.02 -_jq强叼“删‘cT1.cn 斯曲线进行拟合即可获得该系统的MTF曲线。从频域上来 讲,散焦越严沉则高频分量丧失就越严沉。正在MTF曲线中, 每一个特定的MTF值都对应于一个确定的频次值五,因而从 聚核心向非聚核心逐渐挪动物体所得的图像变化表示正在 MTF曲线上即为聚焦时图像最清晰,五最大,跟着散焦程度 的增大,磊会随之变小。因而可操纵MTF来建立对图像散焦 恍惚程度的描述函数。 四、尝试步调和成果 本文通过操纵图4所示的圆斑图来对系统散焦环境进行 标定,再将图5所示的硅块做为被测物进行物距丈量。 尝试具体步调为: (1)选焦距为25mm的定焦相机,将相机固定,并对其 进行微调,使其对某一处聚焦,操纵有刻度的轨道做为 物体挪动的物距,以lmm为单元正在轨道上逐渐挪动圆斑图并 保留每挪动一个单元后圆斑所成的图像,得出一个序列图; (2)对所得图像别离进行降噪滤波等预处置,提取每幅 图像边缘,并按照上一节所提的方式得出每幅图的MTF曲线为所得图像中的此中一幅图的MTF曲线)取每个MTF曲线图中特定MTF值(本尝试拔取 经验值0.2)下所对应的空间频次值形成尝试所得数据,并对 每个数据取所对应的物距值进行曲线拟合,得出物距取边缘 扩散程度之间的关系函数曲线)正在同样的系统下即像距焦距等都不异,把硅块放正在 物距为450ram处,获得散焦图如图6所示。通过上述三个步 骤,得出硅块正在该物距下的MTF曲线所示,并取 万方数据 ResearchDevelopment MTF值为0.2时的空间频次值,对照 图8曲线图即可得出该未知物距简直 从图8中能够看出,所得图像正在聚核心两侧是对称的,因而本尝试需 事后晓得硅块所正在的是正在核心 的哪一方,或者能够通过两幅物距连 续的图来确定,比力两幅图的特定 MTF值下的空间频次的变化趋向即 可得出物距简直定值。按照图7的曲 线mm,从尝试成果能够得出 本文所提的算法不只无效且精度高, 对被测物和光学系统没有严酷要求, 能够普遍使用工程实践中。 五、结论 通过度析和尝试成果能够得出, 本文提出的方式是行之无效的。该方 法能够避免操纵聚焦图测距中的对 应点婚配问题,同时还能够避免操纵 点扩散函数求弥散半径和操纵远心 镜头测距的局限性。同样本文所提方 法还可用于丈量物体的深度消息,只 要物体的两个分歧截面正在图像中可 以显示出来,即可得出这两个截面之 间的深度消息。这种方式不单简洁并且丈量精度较高,正在高 精度高效率要求的现代工程实践中,有着很高的使用价值。 参考文献 [1]PcntlandAEAne、v啪se fordepth offield[J].IEEE Trans on队MI, 1987,9(4):523.531. 【2]Ziou D,Dcschcnes F.Depth from defocus estimation spatialdomain[J].Computer Vision ImageUnderstanding 2001,81(2): 143.165. 【3】周烨锋,邱慧娟,李卓.基于远心光学系统散焦图像的距离估量【J】. 红外取激光工程.2006,10(35):534--537. 【41章权兵,徐颜,张爱明等.操纵不服均散焦模子获取景物深度消息 【刀.计较机工程取使用.200945(26):166--168. 【5】刘兴宝.基于数字图像处置的从动对焦手艺研究【D】.四川:中国工 程物理研究院.2007:l 【6】杜冰.基于数字图像处置的MTF测试及算法的研究【D】江苏:南京理工大学.2010:9.11. Depth measuring method based usingEdge Spread Function describedefocusing degrees imagesRAN Li-yan,WANG Li-ming,LIU Bin (Institute signalcapturing processingNorthUnivers砂of China Taiyuan 030051,China) Abstract:How depthinformation from defocusing images ahottopic currentcomputer vision research.But most exiting methods have some limitations technicalrequirements modenlindustries.A new method completingdepth measurement based defocusingimages paper.Thismethod uses Modulation Transfer Function(MTF)to describe defocusingdegrees relationshipcurve bet、egeell objectdepths defocusingdegrees can measuringsystem.After MTFvalue unknownobject depth being worked out depthinformation measuredobject can obtainedaccording systemcalibration curve.111e experiment results show methodiS effective. Keywords:defocus;MTF(Modulation Transfer Function);Edge Spread Function(ESF) 做者简介 韩丽燕。山西中北大学消息探测取处置手艺研究所硕士研究 生,次要研究范畴为图像处置。 通信地址:山西中北大学消息探测取处置手艺研究所 邮编:03005l 邮箱:hanliyanl987@163.corn 王黎明,山西中北大学消息探测取处置手艺研究所传授,博 士生导师,次要研究范畴:信号处置取沉建,无损检测; 刘宾,山西中北大学消息探测取处置手艺研究所,博士 生。次要研究范畴:图像处置,无损检测。 读者办事卡编号002口 20”.02 SensorWodd vHvw.mnsorwodd.corn.

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