常见 激光光斑中心检测方法的比较

光斑位置的检测方法【导语】在摄影、图像处理以及机器视觉等领域，光斑位置的检测是一项关键的技术。

准确地检测光斑位置对于后续的图像分析、物体追踪等任务至关重要。

本文将详细介绍几种常用的光斑位置检测方法，以帮助读者更好地理解并应用这些技术。

【正文】一、光斑位置检测的重要性光斑是由光线在光学系统中的散射、反射或折射形成的亮斑。

在许多实际应用中，如天文观测、生物医学成像、光学检测等，准确获取光斑位置对于分析光学系统性能、识别目标物体具有重要意义。

二、常用光斑位置检测方法1.质心法质心法是光斑位置检测中最常用的方法之一。

它通过计算光斑图像的灰度质心位置来确定光斑的中心。

具体步骤如下：（1）读取光斑图像；（2）对图像进行预处理，如滤波、二值化等；（3）计算光斑图像的质心坐标；（4）根据质心坐标确定光斑位置。

2.高斯拟合法高斯拟合法是基于光斑的形状近似为高斯分布的原理，通过非线性最小二乘法拟合光斑图像，从而得到光斑的精确位置。

具体步骤如下：（1）读取光斑图像；（2）对图像进行预处理，如滤波、二值化等；（3）采用高斯函数对光斑进行拟合；（4）通过拟合结果计算光斑中心位置。

3.圆拟合方法圆拟合方法适用于光斑形状近似为圆形的情况。

该方法通过最小化误差平方和，寻找最佳拟合圆的参数，从而确定光斑位置。

具体步骤如下：（1）读取光斑图像；（2）对图像进行预处理，如滤波、二值化等；（3）采用圆模型对光斑进行拟合；（4）根据拟合结果计算光斑中心位置。

4.模板匹配法模板匹配法是将已知的光斑图像作为模板，在待检测图像中寻找与模板相似度最高的区域，从而确定光斑位置。

具体步骤如下：（1）读取光斑模板图像；（2）对待检测图像进行预处理；（3）采用相关系数、互信息等方法计算模板与待检测图像的相似度；（4）根据相似度最高的位置确定光斑位置。

三、总结本文介绍了四种常用的光斑位置检测方法，包括质心法、高斯拟合法、圆拟合方法和模板匹配法。

在实际应用中，可以根据光斑的形状、大小以及场景特点选择合适的方法进行检测。

激光光斑尺寸的测量和研究摘要激光光斑尺寸是标志激光器性能的重要参数，也是激光器在应用中的重要参量。

本文主要介绍了两种测量激光光斑尺寸的方法：刀口扫描法，CCD 法。

分析了利用刀口法测量高斯光束腰斑大小的测量实验装置，并阐述了具体的测量过程。

此方法对激光光斑大小测量是可行的。

实验装置简单实用。

CCD法是利用CCD作为探测传感器，可以更精确地测出激光器的光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了传统测量的繁杂过程，并用计算机控制及数据处理，测量精度得到提高，为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。

本文给出了这两种方法测得的数据及处理结果。

结果表明，刀口扫描法对高能量光束半径的测量特别实用，装置简单，可在普通实验室进行测量。

CCD法检测的直观性好，不需要辅助的逐行扫描机械移动，成像精度和检测精度高。

关键词激光光斑尺寸；Matlab；CCD传感器；刀口法The Measurement and Research of Laser SpotSizeAbstractThe size of Laser spot is not only one important parameter of laser performance, but also in laser application.This paper introduces two methods of measuring laser spot diameter: scanning method, CCD: knife method. We analyze of measurement is cut the size of the gaussian beam waist measurement device spot, and elaborates on process of the measurement. Using this method of laser spot size measurement is feasible. The experiment device is simple and practical. CCD method uses the CCD sensor as a detection can be more accurate to measure the size of the laser spot and waist size spot, overcoming traditional measurement process and using computer control to deal with data processing, and the measurement accuracy is improved, providing a new method for laser performance study and light information processing. At the same time, it gives two methods of measured data and processing results.The results show that the method of blade scanning is practical for high-energy beams radius’s measurement. Simple device can be operated in ordinary laboratory. CCD detection method is visually good, and do not need to manufacture progress ive-scan auxiliary of the machine movement, the imaging accuracy and precision is the higherKeywords Laser spot size; Matlab; CCD sensor; knife-edge method.哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)1.1 课题背景 (4)1.2 国内外研究现状 (5)1.3 论文研究的内容 (7)第2章激光光斑测量方法探究 (8)2.1 刀口扫描法测激光光斑直径研究 (8)2.2 CCD测激光光斑直径方法 (12)2.3 本章小结 (20)第3章激光光斑尺寸的测量与数据分析 (21)3.1 刀口法测光斑直径 (21)3.1.1 90/10刀口法理论及方法 (21)3.1.2 计算理论 (23)3.1.3 实验数据处理 (23)3.1.4 实验分析 (25)3.2 CCD法测激光光斑方法 (25)3.2.1 用CCD拍摄光斑图像 (25)3.2.2 Matlab的图片处理 (26)3.2.3 图像处理结果 (26)3.2.4 实验分析 (29)3.3 本章小结 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录A 英文原文 (34)附录B 中文译文 (38)附录C Matlab程序 (42)第1章绪论1.1课题背景激光技术对国民经济及社会发展有着重要作用，激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。

实验二光斑中心坐标检测一、实验工具计算机、Matlab软件二、实验原理激光光斑中心坐标的检测在很多方面有着广泛的应用，比如激光扫描三角法、激光准直仪、共焦显微测量法和激光参数测定。

目前常用的检测手段包括中心矩法、Hough变换法和最小二乘法。

它们分别有其优势和特定的应用场合。

本实验着重讨论中心矩法和最小二乘法来检测激光光斑的中心坐标。

三、实验程序3.1 中心矩法程序I = imread('D:\图片1.PNG');% % 读取待处理光斑图像Idata=im2bw(I); % % 对图像进行二值化处理imshow(Idata); % % 画出二值化处理后的光斑图像sumall=sum(Idata(:)); % % 对图像每个像素点的灰度值求和sumx1=0;sumy1=0;for i=1:199;for j=1:267;sumx1=Idata(i,j)*j+sumx1;sumy1=Idata(i,j)*i+sumy1;endendx=sumx1/sumall; % % 求出光斑中心的x坐标y=sumy1/sumall; % % 求出光斑中心的y坐标3.2 最小二乘法程序I = imread('D:\图片1.PNG');% % 读取待处理光斑图像Idata=im2bw(I); % % 对图像进行二值化处理BW=edge(Idata,'canny'); % % 利用canny算子对图像进行边缘提取imshow(BW); % % 画出边缘提取图像sumx=0;sumx2=0;sumx3=0;sumy=0;sumy2=0;sumy3=0;sumxy2=0;sumx2y=0;sumxy=0;num=0;for i=1:199;for j=1:267;if BW(i, j)==1;sumx=i+sumx;sumx2=i^2+sumx2;sumx3=i^3+sumx3;sumy=j+sumy;sumy2=j^2+sumy2;sumy3=j^3+sumy3;sumxy2=i*(j^2)+sumxy2;sumx2y=(i^2)*j+sumx2y;sumxy=i*j+sumxy;num=num+1;endendendx=sumx/num;x2=sumx2/num;x3=sumx3/num;y=sumy/num;y2=sumy2/num;y3=sumy3/num;xy2=sumxy2/num;x2y=sumx2y/num;xy=sumxy/num;a=((x2*x+x*y2-x3-xy2)*(y^2-y2)-(x2*y+y*y2-x2y-y3)*(x*y-xy))/(2*(x^2-x2)* (y^2-y2)-2*(x*y-xy)^2);b=((x2*y+y*y2-x2y-y3)*(x^2-x2)-(x2*x+x*y2-x3-xy2)*(x*y-xy))/(2*(x^2-x2)* (y^2-y2)-2*(x*y-xy)^2);r=sqrt(a^2-2*x*a+b^2-2*y*b+x2+y2);四、实验结果4.1 中心矩法本实验待处理的光斑图像如下所示：图1 光斑原图像经二值化处理后的到下图：图2 二值化处理后的光斑图像通过中心矩法计算出光斑的中心位置为x=97.8127，y=131.0422 4.2 最小二乘法对二值化处理后的光斑图像进行边缘提取得到下图：图3 光斑边缘提取图像利用最小二乘法得到的光斑中心的坐标为x=96.9748，y=130.8。

高精度光斑中心定位算法李道萍;杨波【摘要】光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一,检测算法的精度和速度直接影响了测量的精度及速度,传统的检测算法如灰度质心法、Hough变换法等在检测精度或速度上存在不足.鉴于此,提出了一种高精度光斑中心定位算法,该算法不仅能定位光斑中心还能拟合出圆半径.用计算机生成的光斑和实验生成的光斑对该算法进行验证,并与其他传统算法进行比较,结果表明,该算法的误差小于0.5像素且比其他经典算法更精确.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2018(040)004【总页数】6页(P20-25)【关键词】光斑圆心定位;迭代运算;衍射光斑;误差分析【作者】李道萍;杨波【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TP391引言基于光学原理的三维测量,由于其具有高精度、非接触、易于控制等优点,日益受到人们的重视。

光学三维测量的本质是通过分析被三维物体面形调制的光场分布来获得被测物体的三维信息。

目标光斑对应的三维曲面上某点的高度是由该点在摄相机CCD表面的位置来确定的,那么光斑位置是否准确是决定测量精度的关键因素。

目前比较常见的检测光斑中心的算法有灰度质心法、圆拟合法、Hough变换法以及多种改进算法等。

灰度质心法对于均匀光斑能够较准确定位,计算速度快,但是抗干扰能力差,对于情况复杂的实际图像,定位精度很差,而且只能定位中心,不能计算半径[1-3]。

圆Hough 检测是目前应用最为广泛的方法之一,其可靠性高,对噪声、变形、部分区域残缺、边缘不连续等有较好的适应性,但其缺点是计算量大,占据内存多,同时Hough变换需要对参数空间离散化,限制了检测精度,另外参数空间得票最多的点未必唯一,选择不同的点得到的图像空间曲线差异比较大[4-9]。

圆拟合法时间复杂度较小,运算的精度很高,而且算法的速度非常快;但它也有十分明显的缺点,即抗干扰能力很差,当随机噪声存在时,中心运算精度会明显降低,当遇到很强的外界干扰时,所得到的圆心甚至可能会产生明显的错误[10-12]。

matlab激光光斑的测量总结激光光斑的测量是激光技术中非常重要的一个环节，对于激光器的性能评估以及激光系统的设计和优化都具有重要意义。

本文将对激光光斑的测量进行总结，主要包括光斑尺寸的测量方法、常用的测量仪器以及测量结果的分析与应用。

光斑尺寸的测量方法主要有两种：直接测量法和间接测量法。

直接测量法是指通过使用特定的测量仪器直接测量光斑的尺寸。

常用的直接测量方法包括位置扫描法、多次反射法和像散检测法等。

位置扫描法是指将探测器逐点移动到激光光斑上进行测量，通过记录光斑在每个位置上的光强分布，然后计算出光斑的尺寸。

多次反射法是指在反射面上放置一个探测器，通过测量反射光强的分布，再通过计算反推出光斑的尺寸。

像散检测法是指使用特定的透镜将光斑成像，并通过透镜后的像散效应来测量光斑的尺寸。

间接测量法是指通过测量光斑相关的参数间接推测出光斑的尺寸。

常用的间接测量方法包括功率剖面测量法和角度测量法。

功率剖面测量法是通过测量光斑的功率分布来推测光斑的尺寸。

角度测量法是通过测量光斑的发散角度来推测光斑的尺寸。

常用的激光光斑测量仪器主要有光功率计、光谱仪、光学显微镜、CCD相机和像散仪等。

光功率计用于测量激光光斑的功率；光谱仪用于测量激光光斑的光谱特性；光学显微镜和CCD相机用于直接观察和记录激光光斑的形状和尺寸；像散仪则用于测量光斑的像散特性。

对于测量结果的分析与应用，需要考虑激光光斑的形状、尺寸、功率分布以及光谱特性等。

通过对测量结果的分析，可以评估激光器的质量和性能，判断激光器是否符合设计要求，找出存在的问题并进行调整和优化。

此外，测量结果还可以用于激光器的校准、光学系统的调试以及激光器的匹配等应用中。

总之，激光光斑的测量对于激光技术的研究和应用都具有重要意义。

通过选择合适的测量方法和仪器，并对测量结果进行分析和应用，可以提高激光器的质量和性能，推动激光技术的发展和应用。

激光十字光斑中心位置的定位摘要: 数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。

数字图像处理技术已经在各个领域上都有了比较广泛的应用。

图像处理的信息量很大，对处理速度的要求也比较高。

Matlab强大的运算和图形展示功能，使图像处理变得更加的简单和直观。

确定激光十字光斑的中心位置可采用多种方法，本文论述了三种方法确定十字光斑中心点分别为：调用多重函数法、FOR循环寻找坐标取平均值法、求两直线交点坐标法。

文中对每种方法作了简要的介绍和分析。

通过处理结果对三种方法做出了综合评价。

关键词：数字图像处理，Matlap，十字光斑，中心定位目录第一章调用多重函数实现中心点定位 (3)1.1 基本流程 (3)1.2 程序设计 (3)1.3 显示结果分析 (4)第二章通过FOR循环寻找坐标取平均值实现中心点定位 (5)2.1基本流程 (5)2.2 程序设计 (5)2.3 显示结果分析 (6)第三章通过计算两直线交点坐标实现中心点定位 (7)3.1基本流程 (7)3.2 程序设计 (8)3.3显示结果分析 (9)第四章三种方法的综合评价 (9)4.1 处理速度 (9)4.2 结果精度 (10)第五章心得体会 (10)第六章参考文献 (11)第一章调用多重函数实现中心点定位1.1 基本流程调用函数实现中心点定位的基本流程图：↓↓↓↓↓1.2 程序设计A=imread('111.jpg');%读取111.jpg图片B1=im2bw(A);%转化成二值图像B=~B1;%反色，目的是下面的函数只计算白色矩形方框L=bwlabel(B);%计算图像矩阵的连通区域sta=regionprops(L,'Area','BoundingBox');area=[sta.Area];%把原图中每个白点的个数记录在area中boundingbox=[sta.BoundingBox];%把BoundingBox的内容存放在boudingbox中；num=size(area);%计算中共的数目answer(1,1:num(2))=boundingbox(1:4:end);%第一行存放每个白色区域左上角的X坐标answer(2,1:num(2))=boundingbox(2:4:end);%第二行存放每个白色区域左上角的Y坐标answer(3,1:num(2))=boundingbox(3:4:end);%第三行存放每个白色区域X轴的宽度answer(4,1:num(2))=boundingbox(4:4:end);%第三行存放每个白色区域Y轴的宽度answer(5,1:num(2))=area(1:end);%第五行存放每个色白区域的面积c(1,1)=answer(1,4);c(1,2)=answer(2,4);c(1,3)=(answer(1,2)+answer(3,2));c(1,4)=(answer(2,3)+answer(4,3));D(1,1)=rdivide(c(1,1)+c(1,3),2);D(1,2)=rdivide(c(1,2)+c(1,4),2)fprintf('十字中心位置叉丝线横坐标%6.2f\n',D(1,1));fprintf('十字中心位置叉丝线纵坐标%6.2f\n',D(1,2));1.3 显示结果及分析程序运行后现实的结果为：“十字中心位置叉丝线横坐标158.50”“十字中心位置叉丝线纵坐标151.50”通过程序>> E=rgb2gray(A);E(151:152,158:159)=0；>> imshow(E);显示图像如图1-2图1-1 原图像图1-2 处理后光斑显示图像由图1-2观察得中央黑点位置即为十字中心位置。

激光光斑尺寸测量方法我折腾了好久激光光斑尺寸测量方法，总算找到点门道。

一开始我真的是瞎摸索。

我最先想到的方法呢，就是拿尺子去量。

你能想象多傻吧，激光打在墙上形成的光斑，模模糊糊的，尺子根本就不精确啊。

这个办法肯定是不行的，这算是我第一个失败的尝试。

然后呢，我就想是不是可以用相机拍照，然后在电脑上根据照片的比例来计算光斑尺寸。

我拿我的普通数码相机就咔咔拍了不少照片。

但是这里就有个大问题，普通相机镜头会有畸变，你根本没法保证拍出来的光斑形状是准的，这就导致计算出来的尺寸误差超级大。

我那时候就意识到，没专业摄影设备这种方法不靠谱。

我后来还试过用一种特制的透明薄膜，想把光斑投射到薄膜上，用标记笔围着光斑边缘画一圈，然后再精确测量这个圈。

结果发现这个薄膜还是会对激光产生折射之类的，搞得光斑边缘乱糟糟的，也不准确。

再后来我就学聪明了点。

我弄来了一个光学传感器，这个就比较高级了。

就像是给光斑找了一个特别细心的小管家，能精确感应到光斑的边界。

但是这里面也有不少要注意的地方呢。

这个传感器要精心调校，就好像你给小管家安排工作，得跟他说清楚规则一样，要精确调整传感器的灵敏度还有扫描范围之类的。

要是没调好，还是会出错。

比如说灵敏度太高，可能就把周围的杂光也当成光斑一部分了；要是太低，又可能测不全光斑边缘。

还有就是如果测量的环境光线有干扰的话，数据可能也不准。

就像你在一个大吵大闹的市场里面听别人说话，容易听错是一个道理。

所以要是能控制环境光就尽量控制，暗一点的环境测量结果会更好。

目前我觉得用光学传感器这个方法还是不错的，但是我知道肯定还有其他更好的办法，我还在继续探索，要是哪天我有了新的发现，肯定第一时间再跟你说说。