仪器仪表学报

作者：韩奕璇，高豆豆，董登峰，王博，邱启帆

单位：韩奕璇,1.中国科学院微电子研究所北京100029； 2.中国科学院大学北京100049,,高豆豆,1.中国科学院微电子研究所北京100029； 2.中国科学院大学北京100049,,董登峰,1.中国科学院微电子研究所北京100029； 2.中国科学院大学北京100049,dongdengfeng@ime.ac.cn,王博,中国科学院微电子研究所北京100029,,邱启帆,1.中国科学院微电子研究所北京100029；3.南京航空航天大学自动化学院南京211106,

关键词：光斑质心提取;现场可编程门阵列;视觉测量;连通域识别;动态阈值;亚像素定位

基金：国家重点研发计划(2023YFB3407901)项目资助

为解决复杂工业视觉测量场景中多光斑质心提取在实时性、精度和抗噪性方面存在的性能瓶颈，提出了一种可基于现场可编程门阵列（FPGA）实现的多光斑快速高精度质心提取方法。方法融合模板匹配、行程编码连通域识别与距离加权灰度质心法，构建多级协同优化架构，结合局部灰度统计实现动态阈值分割与边缘噪声抑制，提高定位稳定性和计算并行度。首先，通过局部灰度统计与高斯模板互相关实现光斑粗定位，动态生成自适应阈值以增强光斑区域分割的稳定性；随后，设计行程编码连通域识别结构，仅依赖单行缓存即可完成连通区域标记及质心粗定位，有效降低片上存储资源开销；最后，通过构建距离加权灰度质心模型提升边缘模糊、弱信噪比场景下的定位精度与鲁棒性。实验结果表明，在多种光斑畸变、噪声分布及不同观测距离条件下，该方法在定位精度与误差稳定性方面均显著优于传统灰度质心法与高斯拟合法，定位误差降低约70%，鲁棒性指标提升超过50%；在10~30m测距范围，质心定位重复性精度优于0.02pixels。系统端到端处理延时降低约89%。方法兼具高精度、强鲁棒性与低延迟优势，适用于大范围远距离视觉测量场景下的动态多光斑实时检测应用，为工业测量系统的高性能实现提供有效技术路径。

来源：2026年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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