基于多质心相对位置不变性的测量微结构旋转运动方法

摘要

本发明公开了一种基于多质心相对位置不变性的测量微结构旋转运动方法。所述的测量方法包括微结构运动序列图像的获取，微结构图像中孤立图像特征的选择，孤立图像特征质心的提取，孤立图像特征在运动序列图像中的跟踪，多质心连线在运动序列图像中空间位置的分析和旋转角度的计算。本发明的优点在于：在微结构在进行平面刚性运动时，其孤立图像特征的质心的空间位置变化反映位移量，而两个或更多质心之间的相对位置是不变的，则质心之间连线的空间位置变化则能反映出旋转角度，于是利用微结构运动序列图像中多个孤立图像特征质心的连线可实现平面旋转角度的精确提取，该方法过程简单，计算量小，测量分辨率高。

主权项

1.一种基于多质心相对位置不变性的测量微结构旋转运动方法，其特征在于包括以下步骤：(1)采用包括光学显微镜、数字摄像机、数字图像采集卡和计算机的显微光学系统，对具有平面位移和旋转运动的微结构的多个瞬时状态摄像，获得微结构运动序列图像；(2)在对步骤(1)获得的微结构运动序列图像的第一幅图像上选择两个或两个以上子区域，形成的每个子区域图像包含一个孤立图像特征，则在每个子区域图像中外围部分的图像灰度与内部孤立图像特征的图像灰度不同；(3)对步骤(2)选择的每个子区域图像进行插值放大，依据每个子区域图像中外围部分灰度的不同，提取出各个孤立图像特征的亚像素级边缘，并按照图像几何矩的比值求取图像边缘所包容孤立图像特征的图像质心位置；(4)对步骤(2)选择的微结构运动序列图像的第一幅图像上的子区域图像分别在微结构运动序列图像中的其他图像上分别进行子区域图像块匹配，则可获得子区域图像平面位移量的像素级初值；(5)按照步骤(4)获得的第一幅图像上选择的子区域图像平面位移量的初值，则能够确定在微结构运动序列图像的其他图像中子区域图像的相对位置；(6)按照步骤(3)的方法，对步骤(5)确定的微结构运动序列图像的其他图像中子区域图像所包含孤立图像特征的图像质心位置进行计算，通过计算序列图像中相同孤立图像特征的图像质心位置的变化则得到具有亚像素分辨力的平面位移量；(7)在微结构运动序列图像的每一幅图像中，对任意两个子区域图像中孤立图像特征的图像质心进行连线，按照质心位置计算出该连线在本幅图像中的斜率；(8)按照步骤(7)所计算出微结构运动序列图像各幅图像中两个质心连线的斜率，计算各质心连线的斜率的差值则得到各幅图像之间的旋转角度；(9)按照(1)-(8)步骤，两个质心的连线得到一组旋转角度数据，对于三个质心的情况，则得到三组旋转角度数据，三个以上的质心的情况以此类推，理论上各组旋转角度数据应该是完全相同，但在实际应用中会存在一些差异，则应对多组旋转角度数据进行平均值和均方差计算，与平均值的偏差超过均方差的数据为粗大误差数据，则剔除，剩余数据再取平均则得到更为精确的旋转角度测量结果。