Метод определения центроида на основе многомасштабной гауссовой аппроксимации и субпиксельной реконструкции границ

Точное определение положения центроида светового пятна имеет фундаментальное значение для определения таких оптических характеристик, как функция передачи модуляции (MTF) и эффективное фокусное расстояние (EFL). Традиционные методы испытывают затруднения в неидеальных условиях — при асимметричных пятнах, высоком уровне шума и вибрации; при этом вибрации в среднем инфракрасном диапазоне (MWIR) изучены недостаточно. Для устранения этих ограничений предложен метод многомасштабной гауссовой аппроксимации с субпиксельной реконструкцией границ (MSGF-SER), объединяющий аппроксимацию на основе пирамиды изображений, выделение границ с использованием моментов Цернике и адаптивное слияние с весами, зависящими от эксцентриситета. При проверке на смоделированных пятнах с различными отношениями сигнал/шум (SNR) и экспериментальных последовательностях (внеосевая аберрация в видимом диапазоне, высокий уровень шума в длинноволновом инфракрасном диапазоне (LWIR), микровибрации в MWIR) MSGF-SER обеспечил RMSE 0,03 пикселя без шума и 0,84 пикселя при SNR 5 дБ. На реальных последовательностях MWIR с вибрацией стандартное отклонение (STD) в направлении Y снизилось до 0,098 пикселя, а дисперсия смещения траектории оказалась более чем на порядок ниже, чем у традиционных методов. Отклонения MTF не превышали 0,01; отклонение измеренного среднего EFL от номинального фокусного расстояния составило менее 0,05 мм, а STD — менее 0,02 мм. Эти результаты демонстрируют, что MSGF-SER существенно повышает точность, повторяемость и плавность определения положения центроида в сложных условиях, обеспечивая надежную основу для высокоточного измерения параметров оптических систем.