一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法

摘要

本发明涉及一种线阵CCD相机成像灰度不匀的快速矫正方法，线阵CCD相机采集被测物图像，逐行矫正该图像，然后拼合成矫正后的图像；每个线扫描周期，被测物图像的行图像各像素的灰度值按对应的线阵CCD的像元的一维方向排列，组成一个灰度值分布函数，用，基于总体均值的滑动平均思想对其进行矫正。本发明是一种实时性较好的矫正方法，在克服了硬件矫正的高成本、低精度及寿命低等不足和传统软件矫正方法存在的算法复杂、实时性差、需建立复杂数学模型和进行参数标定等缺点基础上，通过综合兼顾总体灰度均值和局部灰度均值，实现对CCD成像两侧较暗部分的灰度补偿矫正，从而实现了线阵CCD的实时灰度矫正。

权利要求

1.一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，其特征是：线阵CCD相机采集被测物图像，然后逐行矫正该图像，最后拼合成矫正后的图像；

在每个线扫描周期，被测物图像的行图像各像素的灰度值按对应的线阵CCD的像元的一维方向排列，组成一个灰度值分布函数，记为F(x)；然后对F(x)进行矫正，得到矫正后的灰度值分布函数为F’(x)，其矫正的具体步骤如下：(1)求解F(x)对应的扫描行图像的总体灰度平均值，并记为G其中，N为当前行图像的像素个数；

(2)求解F(x)在区间 的滑动平均值，并记为M(x)其中，m是向前滑动步长，n是向后滑动步长， 总步长step＝m+n+1，0

(3)求解得到矫正后的灰度值分布函数F’(x)F’(x)＝G+(F(x)-M(x))。

2.根据权利要求1所述的一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，其特征在于，线阵CCD相机的像元个数≥1024。

说明书

一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法

技术领域

[0001] 本发明属图像处理技术领域，涉及一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法。

背景技术

[0002] CCD(Charge Couple Device)相机分为面阵和线阵两种，其中线阵CCD相机非常适合于高速运动目标的图像采集，现已广泛应用于机器视觉检测等领域。然而在高精度和大视场图像采集的需求下，线阵CCD相机的成像像元个数也是随之增多，直接导致了光能到达成像平面的损失显著增加，使得CCD相机的输出图像的灰度存在中间亮两侧暗的光照不匀现象，严重地影响了后续的图像分析处理等操作。因此对输出的灰度不匀的图像进行相应的矫正操作显得非常必要。

[0003] 在实际应用中，如图1所示，线阵CCD相机成像像元沿一条直线排列，由于光能损失，光学成像系统的成像平面的光轴处能量最大，两侧光能量损失较大。此时，即使采用平行均匀光源照射在被测物上，到达成像平面上的光强度也会出现因光能损失而分布不均匀的现象，导致所采集到的图像灰度值呈现中间亮两侧较暗的不匀结果，如图2所示。

[0004] 目前，对于线阵CCD相机输出图像灰度不匀的矫正方法分为两种：(1)硬件矫正：对光照系统进行分段调节，一般选用可分段调节的LED光源对两端进行光照补偿，这种方法虽不增加额外数据处理时间，但存在自适应调节差和精度低等不足；(2)软件矫正：主要有直方图均衡化、基于频域滤波以及参照标样等矫正方法，这类方法通常需要建立复杂的数学模型，其相关参数也需要事先进行标定，难以满足实际应用中高实时性和自适应等需求。

发明内容

[0005] 本发明为克服上述现有技术存在的不足而提出了一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，该方法操作简单、自适应性好、无需建立复杂的数学模型和参数标定操作，可以有效灵活地矫正线阵CCD相机图像的灰度分布不匀。本发明在结合了线阵CCD相机每个扫描周期输出一行图像数据的成像规律，通过对逐行图像数据的实时处理，提出了一种结合总体平均值及局部滑动平均的思想的实时灰度不匀矫正方法。

[0006] 本发明的一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，是一种实时性较好的矫正方法，在克服了硬件矫正的高成本、低精度及寿命低等不足和传统软件矫正方法存在的算法复杂、实时性差、需建立复杂数学模型和进行参数标定等缺点基础上，通过综合兼顾总体灰度均值和局部灰度均值，实现对CCD成像两侧较暗部分的灰度补偿矫正，从而实现了线阵CCD的实时灰度矫正。

[0007] 一种线阵CCD相机成像灰度不匀的快速矫正方法，线阵CCD相机采集被测物图像，逐行矫正该图像，然后拼合成矫正后的图像；每个线扫描周期，被测物图像的行图像各像素的灰度值按对应的线阵CCD的像元的一维方向排列，组成一个灰度值分布函数，记为F(x)；因光能损失成像会明显呈现中间亮两侧暗的光照不匀现象，需对F(x)进行矫正，得到矫正后的灰度值分布函数为F’(x)，其矫正的具体步骤如下：

[0008] (1)求解F(x)对应的扫描行图像的总体灰度平均值，并记为G

[0009]

[0010] 其中，N为当前行图像的像素个数；

[0011] (2)求解F(x)在区间 的滑动平均值，并记为M(x)

[0012]

[0013] 其中，m是向前滑动步长，n是向后滑动步长， 总步长step＝m+n+1，0

[0014] (3)求解得到矫正后的灰度值分布函数F’(x)

[0015] F’(x)＝G+(F(x)-M(x))。

[0016] 如上1所述的一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，m+1＝n。

[0017] 如上所述的一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，线阵CCD相机的像元个数≥1024。

[0018] 有益效果

[0019] 1、方法计算简单、实时性好；

[0020] 2、相比于传统的采用额外光源进行补偿的硬件式矫正方法，所述方法具有自适应好、精度高及无使用寿命限制等优点；

[0021] 3、方法兼顾总体平均值及局部滑动平均值的内在联系，其输出结果有很强的自适应性。

附图说明

[0022] 图1是线阵CCD光能损失示意图

[0023] 图2是线阵CCD成像灰度分布不匀示意图

[0024] 图3是本发明基于总体均值的滑动平均思想用于矫正的示意图

[0025] 图4是棉网原图像

[0026] 图5是步长step＝192时矫正后的棉网图像

[0027] 图6是矫正前后灰度分布不匀对比图

具体实施方式

[0028] 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0029] 一种线阵CCD相机成像灰度不匀的快速矫正方法，线阵CCD相机采集被测物图像，逐行矫正该图像，然后拼合成矫正后的图像，图3是本发明基于总体均值的滑动平均思想用于矫正的示意图；每个线扫描周期，被测物图像的行图像各像素的灰度值按对应的线阵CCD的像元的一维方向排列，组成一个灰度值分布函数，记为F(x)；因光能损失成像会明显呈现中间亮两侧暗的光照不匀现象，影响成像质量，需对F(x)进行矫正，得到矫正后的灰度值分布函数为F’(x)，其矫正的具体步骤如下：

[0030] (1)求解F(x)对应的扫描行图像的总体灰度平均值，并记为G

[0031]

[0032] 其中，N为当前行图像的像素个数；

[0033] (2)求解F(x)在区间 的滑动平均值，并记为M(x)

[0034]

[0035] 其中，m是向前滑动步长，n是向后滑动步长， 总步长step＝m+n+1，0

[0036] (3)求解得到矫正后的灰度值分布函数F’(x)

[0037] F’(x)＝G+(F(x)-M(x))。

[0038] 如上所述的一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，m+1＝n。

[0039] 如上所述的一种线阵CCD相机图像灰度不匀快速矫正方法，线阵CCD相机的像元个数≥1024。

[0040] 实施例1

[0041] 图4为未利用该方法进行矫正的棉网原图像，从该图可以看出该图像呈中间亮，两侧暗的灰度不匀分布特征，此时所采集到的图像质量较差。下面利用该方法加以矫正，实际应用中是对每个线扫描周期内CCD所采集到的行图像逐行矫正，然后拼合成一幅完整图像。这里为与原图加以对比，首先将采集后的棉网原图像逐行分割，然后逐行矫正，最后再拼合成一幅完整图像，具体步骤如下：

[0042] 将分割后的被测物图像的行图像各像素的灰度值按对应的线阵CCD的像元的一维方向排列，组成一个灰度值分布函数，记为F(x)，然后对F(x)进行矫正，得到矫正后的灰度值分布函数为F’(x)。

[0043] (1)求解F(x)对应的扫描行图像的总体灰度平均值，并记为G

[0044]

[0045] 其中，N为当前行图像的像素个数，此时N＝6144；

[0046] (2)求解F(x)在区间 的滑动平均值，并记为M(x)

[0047]

[0048] 其中，m是向前滑动步长，n是向后滑动步长， 总步长step＝m+n+1，0

[0049] (3)求解得到矫正后的灰度值分布函数F’(x)

[0050] F’(x)＝G+(F(x)-M(x))。

[0051] 矫正前的灰度不匀分布函数F(x)和矫正后的灰度不匀分布函数F’(x)如图6所示，可以看出原有灰度不匀的现象有较大的改善，最后将矫正后的各行图像拼合成一幅完整的矫正后的棉网图像，如图5所示。