CN113935948A - 光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法及装置，基于高斯曲面拟合法提取光栅图像中特征光斑中心，得到特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数，计算得到特征光斑的半高宽，从而计算光斑成像的偏倚角度，根据光斑成像的偏倚角度对五自由度机械连杆平台的伺服电机控制***进行校准；基于特征光斑的位置坐标对现有色散模型表中有偏差的位置信息进行更新，形成新的基准；基于特征光斑的位置坐标和已知波长组成的光源信息，对波长与特征光斑的位置坐标进行定标关系的拟合，并计算出特征光斑对应的可分辨波长和分辨率。通过高斯曲面拟合算法对图像光斑进行目标识别，由于光斑的非规则特征，提取的光斑中心坐标更加准确。

Description

光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法及装置

技术领域

本发明涉及基于光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法及装置，属于光电测试技术 领域。

背景技术

在图像识别技术方面，目前已有多种光斑中心的亚像素提取方法，常用的有中心法、质 心法和拟合法等单一方法，拟合法主要有多项式拟合、高斯曲面拟合和椭圆拟合等，也有共 同使用几种单一方法的组合方法，如互相关和高斯曲面拟合相结合的方法。

传统目标定位算法在检测速度、抗干扰性和精度上各自都存在一定的不足。其中，传统 的质心法可以看成是以灰度为权值的加权法，只有灰度分布对称的目标才能获得理想的效果， 由于光学成像特性导致一些光栅图像具有非对称性，因此使用质心法计算光栅图像的目标位 置中心精度难以获得很大提高。经典的质心法适用于光斑形状规则和灰度比较均匀等场景下 的特征识别，否则识别出的光斑中心会与实际位置存在一定的误差。由于目标光源点光谱成 像的特点以及背景噪声干扰，造成了目标光斑中心存在偏离的情况，比如当光源传输距离较 远时，存在一定强度从侧面入射的光线，测量结果误差大、不可用。

由于目标光源点光谱成像的特点以及背景噪声的干扰，图像目标的自动识别和位置提取 精度受限。高精度光栅测量***和光谱识别定标对于大口径空间天文望远镜观测至关重要， 将图像的智能识别与光栅测量***相结合，可以解决传统光栅测试过程中目标识别困难和特 征难以提取的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供光栅图像目标定位优化、波长 特性分析方法及装置，由于CMOS相机拍摄的光栅图像存在底噪，光栅图像中的光斑灰度分布 函数可近似看作高斯分布，为了更好的增强光栅图像中的光斑特征并获取较为精准的光斑位 置，采用密度质心法和高斯曲面拟合法组合的图像识别方法。首先通过密度质心法进行光栅 图像预处理，然后采用高斯曲面拟合法提取光栅图像中的单个或多个目标的中心，从而为光 源的多波段特性分析奠定良好基础。

为达到上述目的，本发明提供光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，包括：

基于高斯曲面拟合法分别对光栅图像中所有特征光斑进行中心提取，得到所有特征光斑的位 置坐标和特征光斑的像质参数。

优先地，基于每个特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数，计算得到对应特征光斑的半 高宽；

基于特征光斑的位置坐标计算光斑成像的偏倚角度，根据光斑成像的偏倚角度对五自由度机 械连杆平台的伺服电机控制***进行校准；

基于特征光斑的位置坐标对现有色散模型表中有偏差的位置信息进行更新，形成新的基准；

基于特征光斑的位置坐标和已知波长组成的光源信息，对波长与特征光斑的位置坐标进行定 标关系的拟合；

基于特征光斑的半高宽和定标关系的拟合结果，计算出特征光斑对应的可分辨波长和分辨率。

优先地，基于高斯曲面拟合法分别对光栅图像中所有特征光斑进行中心提取，得到所有特征 光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数，包括：

特征光斑的像质参数包括X轴方向的标准差σ_x和Y轴方向的标准差σ_y，

采用正态分布的高斯拟合的方法得到所有亚象素级的特征光斑的中心坐标和拟合的像素幅值 A：

特征光斑的弥散处的像元亮度为：

式中，f(x,y)为光栅图像中位于(x,y)的亮度值，A是拟合的像素幅值，(x₀,y₀)为理论上特征光 斑的中心坐标，(x,y)为实际上特征光斑的位置坐标，A、x_o、y_o、σ_x和σ_y是待拟合的系数； 对式(1)两边分别取对数并简化为多项式，得到：

ln f＝ax²+by²+cx+dy+e (2)，

通过最小二乘法求解，使残差ε的平方和系数最小，得到：

ε＝ax²+by²+cx+dy+e-lnf (4)；

根据最小二乘法原理，a、b、c、d和e由下式确定：

公式(5)求得A、x_o、y_o、σ_x和σ_y，代入式(1)获得高斯曲面的极值点(x₀,y₀)，将该极值点(x₀,y₀)作为特征光斑的中心位置坐标；重复上述步骤，直到获得所有特征光斑的中心坐标。 优先地，基于每个特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数，计算得到对应特征光斑的半 高宽，包括：

基于公式(6)计算特征光斑的半高宽：

FWHM_x方向＝2.352σ_x

FWHM_y方向＝2.352σ_y (6)，

式中，FWHM_x方向为X轴方向上的半高宽，FWHM_y方向为Y轴方向上的半高宽；

在进行实验时，若光源是按X轴方向色散，则计算出FWHM_x方向；若光源是按Y轴方向色散， 则计算出FWHM_y方向。

优先地，基于特征光斑的位置坐标计算光斑成像的偏倚角度，根据光斑成像的偏倚角度对五 自由度机械连杆平台的伺服电机控制***进行校准，包括：

基于特征光斑的半高宽判断此时该特征光斑是否为聚焦状态；

若特征光斑为虚焦状态，则查找半高宽最小的特征光斑，在调整五自由度机械连杆平台 时，若该特征光斑的位置坐标X轴方向或Y轴方向的发生变化，则计算出该特征光斑的偏倚 角度，将该光斑成像的偏倚角度反馈给五自由度机械连杆平台的伺服电机控制***进行校准， 从而调整光栅面至预期位置。

优先地，基于特征光斑的位置坐标对现有色散模型表中有偏差的位置信息进行更新，形成新 的基准，包括：

通过高斯曲面拟合法得到每个特征光斑与零极点的实际相对位置坐标，其次将实际相对 位置坐标对应的实际距离与色散模型表中记录的位置距离进行对比，若实际距离与色散模型 表中记录的某一个距离位置差值在设定的范围内，则用实际距离对色散模型表中该距离位置 进行替换更新，得到新的基准。

优先地，基于特征光斑的位置坐标和已知波长组成的光源信息，对波长与特征光斑的位置坐 标进行定标关系的拟合，包括：

已知波长组成的光源经过光栅面色散后，在光栅原始图像上形成对应不同波长的特征光 斑，基于高斯曲面拟合法得到不同波长对应的±1级特征光斑的位置坐标；

利用最小二乘法拟合出特征光斑的中心坐标与波长的定标关系图，求得特征光斑的中心 坐标和波长的函数关系式：

W＝0.01Z²-2.4987Z+199.81 (7)，

式中，Z为波长，W为特征光斑位置。

优先地，基于特征光斑的半高宽和定标关系的拟合结果，计算出特征光斑对应的可分辨波长 和分辨率，包括：

可分辨波长的计算公式为：Δλ＝FWHM×ξ；

分辨率的计算公式为：R＝λ/Δλ＝λ/(FWHM×ξ)；若光源是按X轴方向色散则FWHM为 FWHM_x方向，若光源是按Y轴方向色散则FWHM为FWHM_y方向；ξ为色散系数。

优先地，在基于高斯曲面拟合法分别对光栅图像中所有的特征光斑进行中心提取，得到所有 的特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数之前，对获取的光栅原始图像进行预处理，获 得光斑更加清晰的光栅图像；

对获取的光栅原始图像进行预处理，获得光斑更加清晰的光栅图像，包括：

基于密度质心法对获取的光栅原始图像进行包括灰度化、反色和模糊去噪的预处理，消除光 栅原始图像的底噪和光栅原始图像的不均匀特征；对光栅原始图像进行阈值选择，获得光斑 更加清晰的光栅图像。

光栅图像目标定位优化、波长特性分析装置，包括控制处理器、五自由度机械连杆平台、光 源、光栅面、相机导轨和相机，光源和光栅面均固定在五自由度机械连杆平台上，相机固定 设置在相机导轨上，光源位于光栅面上方，相机位于光栅面下方，控制处理器电连接光源和 相机。

本发明所达到的有益效果：

在基于光栅图像识别的目标定位过程中，采用了密度质心法进行图像预处理，对光栅图 像进行灰度化、反色和模糊去噪等预处理，增强光斑特征，与中值滤波去噪等传统预处理方 法相比，经过密度质心法进行预处理后的光斑特征更加明显；

再通过高斯曲面拟合算法对图像光斑进行目标识别，由于光斑的非规则特征，相比于传 统密度质心法，高斯曲面拟合法提取光斑中心位置结果更加准确，同时还可以获得光斑像素 的分布特征；相比于传统的密度质心法图像目标识别方法，本发明所提目标识别算法更准确 地提取光斑中心及三维特征，提升了***的性能和检测精度，为下一步光源多波段特性的分 析奠定良好的基础；

本发明提出的光栅特性的分析流程中，根据光栅图像中光斑的位置和半高宽信息，实现*** 的校准功能、基准的建立、波长组成与光斑位置的定标关系的拟合，并计算出光斑对应的可 分辨波长、分辨率；

在光栅测试***中的光栅常数测量、***误差校准等方面研究都能够有广泛的应用，也可以 为衍射和散斑测量、光谱分析等光电测试***研究提供有价值的参考。

附图说明

图1是本发明基于光栅图像识别的目标定位优化装置的示意图；

图2是本发明的光栅测试分析***功能框架图；

图3是本发明的目标识别算法框架图；

图4是本发明的高斯拟合识别效果图；

图5是光源色散效果图；

图6是本发明的定标关系图。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护 范围。

光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法中，获取光栅原始图像，包括：

调整并固定光源位置、光栅面位置和相机位置；

光源发出的光经过光栅面折射形成光波，相机拍摄光波，获得光栅原始图像。

五自由度机械连杆平台、光源、光栅面、相机导轨和CMOS相机上述部件在现有技术中 可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举 例。

光源、光栅面和CMOS相机三者的空间位姿由五自由度机械连杆平台和相机导轨进行协 同控制，对三者之间的空间姿态关系进行微调及标定。五自由度机械连杆平台将光源驱动至 预定空间点位，光源发射的多波段光线经光栅面折射，将在CMOS相机拍摄的光栅图像中产 生光斑特征。通过对光栅图像进行处理，提取光栅图像中光斑特征，从而为光源的多波段特 性分析奠定基础。

光栅测试分析***功能框架如图2所示，从功能逻辑来看，基于观测图像识别的光栅测 试分析***分为控制层和分析层，控制层负责光源预定点位的驱动、光栅面的控制、CMOS相 机的配置与CMOS相机拍摄控制等；分析层负责CMOS相机拍摄的光栅图像的处理、光栅图像 的特征识别、***的校准功能、基准的建立、定标关系的拟合，并计算出光斑对应的可分辨 波长、分辨率。图中五自由度机械连杆平台为独立***，五自由度机械连杆平台对应的控制 策略用于获取光栅面X轴向参数和光源的空间位置坐标，五自由度机械连杆平台属于现有技 术，关于五自由度机械连杆平台的功能不做具体描述。

五自由度机械连杆平台的控制策略由五自由度机械连杆平台进行定义并生成策略，用于 光栅测试分析***的输入，控制策略属于现有技术，本发明不再详细阐述。

***控制功能模块及业务流程如下：(1)将光源放在五自由度机械连杆平台的末端执行 器上，根据结构偏置预设光源初始位置，通过五自由度机械连杆平台中五自由度组合电机的 变换，调整末端执行器的位姿到达目标位姿，得到光源的空间位置和指向。

(2)五自由度机械连杆平台的控制策略确定了光源的位姿和光栅面的空间位置，光栅面 X轴方向跟随光源X轴方向同步发生相同距离的位移。

(3)CMOS相机进行参数配置和标定后，其空间位置由相机导轨进行驱动。

当光栅测试分析***的控制层执行完成后，执行光栅图像分析层的功能，包括：

(1)CMOS相机拍摄光源发出的经过光栅面折射的光波，输出光栅原始图像；

(2)设计光栅图像识别算法，光栅图像识别算法包括密度质心法和高斯曲面拟合法，对 光栅原始图像中的光斑特征进行预处理和识别。

(3)根据光栅图像中光斑的位置和半高宽信息，实现***的校准功能、基准的建立、波 长组成与光斑位置的定标关系的拟合，并计算出光斑对应的可分辨波长、分辨率；

光栅图像识别算法框架如图3所示，考虑到CMOS相机拍摄的光栅图像存在底噪，为了获 得较优的光斑识别性能，采用基于密度质心法的图像预处理和高斯曲面拟合的组合方法。

在本发明中，亮度值分布曲线最大高度为一半时所对应的曲线宽度值，称为每个特征光 斑的半高宽。半高宽的大小可以用于观测光源聚焦的效果，半高宽越小，表示聚焦效果越佳， 反之越差。

采用VS和Open CV环境实现基于密度质心法的图像预处理：对光栅原始图像进行灰度化 和反色，然后进行模糊去噪，消除图像底噪和不均匀特征，最后进行阈值选择，从而获得更 清晰的光斑区域。

光栅原始图像经密度质心法预处理后，通过高斯曲面拟合对特征光斑进行中心提取以获 取特征光斑的位置坐标和像质参数，从而获得光栅图像的增强特征。

光栅***分析侧的具体工作流程是：光源经过光栅面色散之后，在光栅图像上形成对应 不同波长的光斑点，检测光源波长需要通过高斯曲面拟合进行图像识别，以获取光栅图像中 特征光斑信息，包括特征光斑的中心位置坐标和特征光斑的像质参数，从而进一步计算出光 斑点的半高宽等信息，实现***的校准功能、基准的建立、波长组成与光斑位置的定标关系 的拟合，并计算出光斑对应的可分辨波长、分辨率。

步骤一：高斯曲面拟合

由于特征光斑的灰度分布近似于正态分布，即高斯分布，可采用正态分布的高斯拟合的 方法得到光斑的中心位置,这种方法虽然计算比较复杂,但可以得到亚象素级的光斑中心位置， 并能获得光斑的三维像素分布特征，如图4。

高斯曲面拟合法基本原理：高斯曲面拟合法将成像过程的点扩展函数PSF使用高斯函数 拟合，假定f(x₀,y₀)为光栅图像中位于(x,y)的亮度值，(x₀,y₀)为目标中心，则目标的弥散处 的像元亮度为：

上式中A是拟合的像素幅值，(x₀,y₀)为理论上的中心坐标，(x,y)为成像光斑的位置坐标， σ_x，σ_y分别为X方向和Y方向的标准差，其中A、x_o、y_o、σ_x和σ_y是待拟合的系数。对式(1) 两边分别取对数并简化为多项式，得到下式：

ln f＝ax²+by²+cx+dy+e (2)

其中各参数对应关系为：

通过最小二乘法求解，使残差的平方和系数最小，取残差为ε：

ε＝ax²+by²+cx+dy+e-lnf (4)

根据最小二乘法原理，a，b，c，d和e可由下式确定：

公式(5)求得A、x_o、y_o、σ_x和σ_y，代入式(1)获得高斯曲面的极值点(x₀,y₀)，将该 极值点(x₀,y₀)作为特征光斑的中心位置坐标；重复上述步骤，直到获得所有特征光斑的中心坐标。

将该极值点(x₀,y₀)作为特征光斑的中心坐标。根据光源色散的方向，由拟合出的σ_x或σ_y来 表示光斑成像的像质。计算特征光斑的半高宽：

FWHM_x方向＝2.352σ_x

FWHM_y方向＝2.352σ_y

在进行实验时，若光源是按X轴方向色散，则计算出FWHM_x方向；若光源是按Y轴方向色散， 则计算出FWHM_y方向。在本发明中，半高宽一方面用于观测光源聚焦的效果，半高宽越小，表示 聚焦效果越佳，反之越差。另一方面，半高宽用于可分辨波长和分辨率的计算。

步骤二：光栅***的校准

通过高斯曲面拟合法得到的光斑位置和半高宽信息，实现光栅***的校准，一定程度上 减少***误差。具体步骤如下：

基于每个光斑的半高宽和光强来判断此时该光斑是否为聚焦状态，若存在光斑为虚焦状态， 则查找半高宽最小的光斑，在调整五自由度机械连杆平台时，该特征光斑的位置坐标应当发 生X轴方向或Y轴方向的变化，若光斑成像的位置移动方向偏离X轴向或Y轴向，则计算出 光斑成像的偏倚角度，将偏倚角度反馈给现有的高精度伺服电机控制***进行校准，从而调 整光栅面至预期位置，减少***误差，校准的过程通过调试电脑程序实现，精度伺服电机控 制***校准是现有技术，本实施例不再详细阐述。计算出光斑成像的偏倚角度为现有技术， 本实施例不再详细阐述。

步骤三：构建新的基准

在本发明提出的光栅测试分析***的工作流程中，光源色散效果图如图6所示，光斑的 相关定义如下：

光源经过光栅面色散形成分布近似线状的多个光斑，其中位于中间位置的最大光斑称为 零极点，零极点光斑和特征光斑在一张图片成像，零极点和特征光斑的坐标都是通过高斯曲 面拟合法得到的光斑坐标，计算原理相同，本发明申请不再详细阐述；其余每个光斑对应不 同的波长，除了零极点以外，每个波长种类都有对应的±1级光斑。基于高斯曲面拟合法得 到不同波长对应的±1级特征光斑的位置坐标是基于光学色散原理，一束光源包括不同波长 的色散光，一束光色散后形成的不同光斑应当对应不同的波长

本发明提出的光栅测试分析***的工作流程中存在已知的色散模型表，如表1所示，在 已知的色散模型表中，特征光斑与零极点的相对距离与特征光斑与零极点的实际的相对距离 存在一定偏差，因此需要对其进行更新。通过高斯曲面拟合法得到每个特征光斑与零极点的 实际相对位置坐标，其次将特征光斑与零极点的实际距离与色散模型表中记录的距离位置进 行对比，若实际距离与色散模型表中记录的某一个距离位置差值在设定的范围内，则判断为 该特征光斑所对应的极点。设定的范围为±3-10pixel以内，本实施例取值为±5pixel，若实 际检测的距离位置和色散模型表中的距离位置差值在±5pixel以内，则用实际距离对表中距 离进行更新，从而得到新的基准。若是有多个在范围内的距离位置，则取误差最小的距离位 置。

基于高斯曲面拟合法得到不同波长对应的±1级特征光斑的位置坐标是基于光学色散原 理，一束光源包括不同波长的色散光，一束光色散后形成的不同光斑应当对应不同的波长， 具体对应关系见步骤三和图5的光源色散效果图。例如某个光斑位置坐标为201.02pixel， 在表1中找到接近它的200pixel，即可知道该光斑为波长λ₁对应的-1极点，再用实际距离 对色散模型表中的距离进行校正，最终得到新的基准。

定义：①零极点，+1极点，-1极点；

②波长组成：λ₁，λ₂，λ₃；

表1色散模型表

步骤四：定标关系拟合

在本发明提出的光栅测试分析***的工作流程中，已知波长组成的光源经过光栅面色散 后，在CCD图像上形成对应不同波长的光斑，通过高斯曲面拟合法得到不同波长对应的±1 级光斑的位置坐标，可以对±1级光斑拟合色散关系，具体步骤就是利用最小二乘法拟合出 P—λ关系图像，即位置和波长的定标关系图，并求得光斑位置和波长的函数关系式。

上述定标关系拟合的过程是由给定波长组成的光进行的实验。当一束未知波长组成的待 检测光源经过光栅面色散后，在光栅原始图像上形成对应不同波长的光斑时，根据已知光实 验中特征光斑的中心坐标与波长的定标关系图和未知光实验中特征光斑的相对位置坐标，推 算获得该未知光源中的波长组成，并进一步计算得到可分辨波长和分辨率。定标具体步骤如 下(以-1级光斑为例)：

已知：①假设给定的入射光源波长组成为250nm、350nm、400nm；②-1级三个光斑与零 级光的相对位置：200.01pixel、550.02pixel、800.01pixel。用最小二乘法对参数①和②拟 合定标关系图。拟合出的光斑位置与波长的函数关系式为：

W＝0.01Z²-2.4987Z+199.81，式中，Z为波长，W为特征光斑位置。

步骤五：根据上述最小二乘法拟合出的定标关系可以求得色散系数ξ，即为图中每个λ对应 曲线上的斜率(导数)，根据色散系数ξ和半高宽FWHM计算出可分辨波长和分辨率，关系 如下：

可分辨波长：Δλ＝FWHMM×ξ，

分辨率：R＝λ/Δλ＝λ/(FWHM×ξ)。

若光源是按X轴方向色散则FWHM为FWHM_x方向，若光源是按Y轴方向色散则FWHM为FWHM_y方向：ξ为色散系数。

在基于光栅图像识别的目标定位过程中，采用了密度质心法进行图像预处理，再通过高斯曲 面拟合算法对图像光斑进行目标识别，相比于传统的密度质心法图像目标识别方法，本发明 所提目标识别算法更准确地提取光斑中心及三维特征，降低光栅检测的误差，为光源特性分 析奠定基础。

本发明提出的光栅特性的分析流程中，根据光栅图像中光斑的位置和半高宽信息，实现*** 的校准功能、基准的建立、波长组成与光斑位置的定标关系的拟合，并计算出光斑对应的可 分辨波长、分辨率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为 本发明的保护范围。

Claims (10)

1.光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，包括：

基于高斯曲面拟合法分别对光栅图像中所有特征光斑进行中心提取，得到所有特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数。

2.根据权利要求1所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

基于每个特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数，计算得到对应特征光斑的半高宽；

基于特征光斑的位置坐标计算光斑成像的偏倚角度，根据光斑成像的偏倚角度对五自由度机械连杆平台的伺服电机控制***进行校准；

基于特征光斑的位置坐标对现有色散模型表中有偏差的位置信息进行更新，形成新的基准；

基于特征光斑的位置坐标和已知波长组成的光源信息，对波长与特征光斑的位置坐标进行定标关系的拟合；

基于特征光斑的半高宽和定标关系的拟合结果，计算出特征光斑对应的可分辨波长和分辨率。

3.根据权利要求1所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

基于高斯曲面拟合法分别对光栅图像中所有特征光斑进行中心提取，得到所有特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数，包括：

特征光斑的像质参数包括X轴方向的标准差σ_x和Y轴方向的标准差σ_y，

采用正态分布的高斯拟合的方法得到所有亚象素级的特征光斑的中心坐标和拟合的像素幅值A：

特征光斑的弥散处的像元亮度为：

式中，f(x,y)为光栅图像中位于(x,y)的亮度值，A是拟合的像素幅值，(x₀,y₀)为理论上特征光斑的中心坐标，(x,y)为实际上特征光斑的位置坐标，A、x_o、y_o、σ_x和σ_y是待拟合的系数；对式(1)两边分别取对数并简化为多项式，得到：

ln f＝ax²+by²+cx+dy+e (2),

通过最小二乘法求解，使残差ε的平方和系数最小，得到：

ε＝ax²+by²+cx+dy+e-lnf (4)；

根据最小二乘法原理，a、b、c、d和e由下式确定：

公式(5)求得A、x_o、y_o、σ_x和σ_y，代入式(1)获得高斯曲面的极值点(x₀,y₀)，将该极值点(x₀,y₀)作为特征光斑的中心位置坐标；重复上述步骤，直到获得所有特征光斑的中心坐标。

4.根据权利要求3所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

基于每个特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数，计算得到对应特征光斑的半高宽，包括：

基于公式(6)计算特征光斑的半高宽：

FWHM_x方向＝2.352σ_x

FWHM_y方向＝2.352σ_y (6)，

式中，FWHM_x方向为X轴方向上的半高宽，FWHM_y方向为Y轴方向上的半高宽；

在进行实验时，若光源是按X轴方向色散，则计算出FWHM_x方向；若光源是按Y轴方向色散，则计算出FWHM_y方向。

5.根据权利要求4所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

基于特征光斑的位置坐标计算光斑成像的偏倚角度，根据光斑成像的偏倚角度对五自由度机械连杆平台的伺服电机控制***进行校准，包括：

基于特征光斑的半高宽判断此时该特征光斑是否为聚焦状态；

若特征光斑为虚焦状态，则查找半高宽最小的特征光斑，在调整五自由度机械连杆平台时，若该特征光斑的位置坐标X轴方向或Y轴方向的发生变化，则计算出该特征光斑的偏倚角度，将该光斑成像的偏倚角度反馈给五自由度机械连杆平台的伺服电机控制***进行校准，从而调整光栅面至预期位置。

6.根据权利要求5所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

基于特征光斑的位置坐标对现有色散模型表中有偏差的位置信息进行更新，形成新的基准，包括：

通过高斯曲面拟合法得到每个特征光斑与零极点的实际相对位置坐标，其次将实际相对位置坐标对应的实际距离与色散模型表中记录的位置距离进行对比，若实际距离与色散模型表中记录的某一个距离位置差值在设定的范围内，则用实际距离对色散模型表中该距离位置进行替换更新，得到新的基准。

7.根据权利要求6所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

基于特征光斑的位置坐标和已知波长组成的光源信息，对波长与特征光斑的位置坐标进行定标关系的拟合，包括：

已知波长组成的光源经过光栅面色散后，在光栅原始图像上形成对应不同波长的特征光斑，基于高斯曲面拟合法得到不同波长对应的±1级特征光斑的位置坐标；

利用最小二乘法拟合出特征光斑的中心坐标与波长的定标关系图，求得特征光斑的中心坐标和波长的函数关系式：

W＝0.01Z²-2.4987Z+199.81 (7)，

式中，Z为波长，W为特征光斑位置。

8.根据权利要求1所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

基于特征光斑的半高宽和定标关系的拟合结果，计算出特征光斑对应的可分辨波长和分辨率，包括：

可分辨波长的计算公式为：Δλ＝FWHM×ξ；

分辨率的计算公式为：R＝λ/Δλ＝λ/(FWHM×ξ)；若光源是按X轴方向色散则FWHM为FWHM_x方向，若光源是按Y轴方向色散则FWHM为FWHM_y方向；ξ为色散系数。

9.根据权利要求1所述的光栅图像目标定位优化、波长特性分析方法，其特征在于，

在基于高斯曲面拟合法分别对光栅图像中所有的特征光斑进行中心提取，得到所有的特征光斑的位置坐标和特征光斑的像质参数之前，对获取的光栅原始图像进行预处理，获得光斑更加清晰的光栅图像；

对获取的光栅原始图像进行预处理，获得光斑更加清晰的光栅图像，包括：

基于密度质心法对获取的光栅原始图像进行包括灰度化、反色和模糊去噪的预处理，消除光栅原始图像的底噪和光栅原始图像的不均匀特征；对光栅原始图像进行阈值选择，获得光斑更加清晰的光栅图像。

10.基于权利要求1-9任一的光栅图像目标定位优化、波长特性分析装置，其特征在于，包括控制处理器、五自由度机械连杆平台、光源、光栅面、相机导轨和相机，光源和光栅面均固定在五自由度机械连杆平台上，相机固定设置在相机导轨上，光源位于光栅面上方，相机位于光栅面下方，控制处理器电连接光源和相机。

Images