自动对焦的多路激光光斑中心定位算法

摘要

光纤激光器因其光束质量好、体积小、成本低等众多优越性被广泛应用于工业、通信、医疗等领域，尤其在国防领域的应用越来越受到重视。由于光纤激光器的非线性效应和热效应，单个激光器的功率受到了限制，激光合成是解决这一问题的有效途径，包括相干合成和非相干合成。本文针对激光合成技术中的激光光斑定位问题进行了研究，完成了以下几个研究内容：
　　1.激光合成系统采用CCD相机作为激光跟踪的前视部分，而CCD的自动对焦过程是系统自动化的关键步骤。论文分析了自对对焦中的三个关键问题，即图像清晰度评价函数、对焦窗口和对焦搜索算法。针对望远镜图像内容稀疏的问题，提出了一种图像分块焦窗口搜索法，利用图像中梯度变化最大的子块结合Tenengrad函数对图像清晰度进行评价，实验表明这种方法提高了清晰度评价函数的灵敏度。针对望远镜的焦距长造成的电机搜索过程耗时的问题，论文结合望远镜的调焦特点，提出了一种预设调焦位置的方法，缩短了参与搜索过程的焦段范围，使调焦时间大大缩短。
　　2.论文分析了空间激光合成中大气传输对激光光斑定位造成的影响，激光在大气传输中会引入各种噪声，限制了接收设备的灵敏度。对含噪的激光图像分析了几种去噪方法，提出了一种改进的软硬阈值小波去噪法，使小波系数具有良好的连续性，能够抑制小波分解重构后的附加振荡，同时保持激光图像的边缘信息。
　　3.针对去噪后的激光光斑定位问题，首先采用阈值分割的方式来减少图像处理中的计算量和排除背景对定位过程的干扰，通过实验对比OTSU法和KSW最大熵分割法在不同场景中的实用性，证明了KSW最大熵法具有很好的自适应能力，能够精确的分离出光斑图像，并通过仿真实验表明这种分割方法有助于提高激光光斑的定位精度。
　　4.针对多光斑定位问题论文提出了利用区域生长标记法将多光斑图像提取转化成单光斑定位问题。文章最后比较了几种光斑中心定位算法，实验证明本文提出的改进的 Hough变换法在不规则光斑图像定位中具有很好的精度，明显优于传统的Hough变换法，且平均误差相对于灰度重心法降低了36％左右。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 自动对焦原理及技术研究

2.1 自动对焦原理概述

2.2 对焦的图像评价函数

2.3 对焦窗口选取方法

2.4 对焦的搜索策略

2.5 本章小结

第三章 大气传输对激光光斑定位的影响

3.1 大气辐射的影响

3.2 大气衰减效应

3.3 大气湍流效应

3.4 大气传输对激光光斑定位精度的影响

3.5 本章小结

第四章 激光光斑图像预处理

4.1 维纳滤波去噪

4.2 中值滤波去噪

4.3 小波阈值去噪

4.4 仿真验证

4.5 本章小结

第五章 激光光斑中心定位技术

5.1 自适应的阈值分割方法

5.2 多路激光光斑的提取

5.3 激光光斑中心定位算法

5.4 系统软硬件功能设计

5.5 实验中各定位算法比较

5.6 本章小结

第六章 全文总结和展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果