一种全局优化的激光光斑亚像素定中算法

徐尤南,高文海,宋小科,余昌鑫

(华东交通大学机电与车辆工程学院,江西 南昌 330013)

1 引 言

在盾构导向系统中,激光靶测量法用于测量盾构机姿态角,其原理是通过图像预处理和定中算法确定激光靶在CCD上形成激光光斑中心位置[1]。这一方法同样适用TBM姿态角的测量。据调查掘进机(包括盾构和TBM)的姿态误差控制极限值为30 mm/m,而激光光斑直径达2 mm左右。显然,其定中精度对姿态测量误差控制有较大影响,另一方面,激光光斑定中算法的速度还对掘进机姿态进行适时反馈控制有直接影响。因此,如何提高激光光斑定中精度及其算法效率,对掘进机姿态的测量与控制具有实际研究意义。

目前,激光光斑中心位置定中算法主要有质心法、Hough变换法、圆拟合法、高斯曲面拟合法等[2-5]。这些方法,虽然在一定范围内满足了各类光学测量场合中高精度光斑定位要求,但是也存在某些方面局限。如:质心法和圆拟合法计算速度快,但抗噪能力弱；Hough变换法在光斑边缘较清晰时精度高,但耗时较长,易受干扰；高斯拟合法精度较高,但算法复杂,运算量大。

近年来,在激光制导、通信等领域,对激光光斑中心的检测要求不断提高,涌现了一些定位精度高,抗干扰性强的激光光斑定中算法,如加权插值法[6]、阈值分割法[7]等。其特点是以半导体激光器作为发光点,尽管在介质中传播时受到各种干扰,但其在CCD表面形成的激光光斑的能量依然可以看作以中心对称的高斯分布[8]。……