基于优化盒维数图像匹配的微机电系统面内位移测量方法技术方案

本发明专利技术请求保护一种基于分形维数的MEMS面内位移测量法，涉及图像匹配技术和MEMS动态测量领域。本发明专利技术通过改进差分盒计数法，提出了一种新的维数计算法——优化盒计数法，克服了差分盒计数法存在“空盒子”的缺陷，将新的维数计算法和图像匹配技术相结合，实现图像的整像素匹配，再利用分形插值法，将匹配精确到亚像素级，最后利用匹配区域质心的不变性原理，实现面内位移的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于MEMS动态测量方法研究领域，MEMS面内位移的测量属于其中的一项 内容。具体涉及到基于分形维数的图像匹配法、分形维数的计算方法。
技术介绍
微机电系统（MEMS :Micr〇-electro_Mechanical Systems)是在微电子工艺的基 础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及微机械学、微电子学、自动控制、物理、化学、 生物以及材料学等多种工程技术和科学。MEMS的技术发展开辟了一个全新的
和产 业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器 件、电力电子器件等有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、易于智能化、数字化等优点，所以 在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着 十分广阔的应用前景，这也使MEMS成为一项关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的 关键技术。美、日、欧、韩、新加坡等国也都认识到发展MEMS对国际竞争的重要意义，把MEMS 与电子信息、航空航天等并列作为战略高科技来对待。 在MEMS的测试研究中，MEMS动态特性测试是一项重要内容。对微谐振器、微陀螺 仪、微传感器、微执行器、微电子器件、微加速度计和光开关等具有可动部件的MEMS器件而 言，其动态特性决定了 MEMS器件的基本性能。通过测试，可确定MEMS器件三维运动情况、 材料属性以及机械力学参数，可建立或验证其理论模型和失效机理，指导其结构优化设计， 降低批量生产成本，推进MEMS产业化进程。因此MEMS动态测试理论和方法的研究对微机 电系统MEMS设计、制造和可靠性具有非常重要的意义。 在MEMS图像分析理论与方法的研究中，为了提高测试精度和速度，充分利用图像 的相关性特征成为研究中的重点。又分形的自相似性在充分利用图像相关性方面独具潜 力，所以本专利技术结合分形理论和图像匹配技术提出了一种基于分形的图像匹配法，然后将 其运用在MEMS面内位移测量中，寻找与MEMS动态测量目标-如面内位移有关的分形特征， 获得具有良好测量精度的MEMS面内位移测量方法。因此本专利技术具有现实的理论意义和应 用价值。 在国内外，MEMS动态测试技术已得到了许多研究机构的高度重视，美国UC Berkeley大学BSAC研究中的Christian Rembe等研制的MEMS动态测试仪，集成了频闪微 视觉和干涉技术，采用最小二乘法和相移算法等，可测试MEMS器件的三维实时运动和动态 结构变形，实现高精度的面内和离面运动测量。美国MIT微系统实验室Freeman教授领导 的研究小组研制的基于计算视觉的MEMS动态测试系统。天津大学在MEMS动态特性测试的 研究中取得了较大发展。华中科技大学谢勇君等采用集成频闪成像、计算机微视觉和显微 干涉技术，研制了 MEMS三维静动态测试系统，系统可进行MEMS面内刚体运动、表面形貌、垂 向变形和离面运动的测量，并达到纳米级精度。以上研究没有用到分形理论或者只将分形 理论运用到了 MEMS表面形貌的测试研究中，在图像相关性方面多用的是基于灰度和特征 的匹配法，这些方法对图像的灰度变化或者旋转等方面极其敏感，因此会存在较大的测量 误差。
技术实现思路
针对以上现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种提高图像匹配的准确度 和精度的微机电系统面内位移测量方法，本专利技术的技术方案如下： -种，其包括以下步 骤： 101、采用CCD电荷耦合器件图像传感器采集微机电系统的图像，并对采集的图像 进行预处理； 102、选定一个初始参考图像，并在所选定的初始参考图像上选择一个感兴趣子区 即检测图像S，并将检测图像S分解成η个次级子区Si(i = 1，2, ···，!〇 ; 103、步骤101中经过预处理后的图像上选择与步骤102中检测图像S大小形状相 同的区域即待检测图像T，并将检测图像T分解成η个次级子区Ti(i = 1，2, ···，!!）； 104、对步骤102中的检测图像S的次级子区Si (i = 1，2, ·，η)及检测图像T的 次级子区Tji = 1，2,…，η)，采用优化盒维数计数法计算其分形维数，并分别记作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于优化盒维数图像匹配的微机电系统面内位移测量方法，其特征在于：包括以下步骤：101、采用CCD电荷耦合器件图像传感器采集微机电系统的图像，并对采集的图像进行预处理；102、选定一个初始参考图像，并在所选定的初始参考图像上选择一个感兴趣子区即检测图像S，并将检测图像S分解成n个次级子区Si(i＝1,2,…,n)；103、步骤101中经过预处理后的图像上选择与步骤102中检测图像S大小形状相同的区域即待检测图像T，并将检测图像T分解成n个次级子区Ti(i＝1,2,…,n)；104、对步骤102中的检测图像S的次级子区Si(i＝1,2,…,n)及检测图像T的次级子区Ti(i＝1,2,…,n)，采用优化盒维数计数法计算其分形维数，并分别记作及；表示检测图像S的次级子区分形维数，表示检测图像S的次级子区分形维数；105、将步骤104中得到的检测图像S的次级子区分形维数及检测图像S的次级子区分形维数进行维数相关，得到相关系数ρ；106、当相关系数ρ＝1或者ρ最大且m≤ρ≤1时，在整幅图像中显示搜索到的匹配区域图像，并找到此匹配区域的起始点P；否则返回步骤103进行平移搜索；107、在P相邻的区域中采用分形插值法找到亚像素匹配点Pˊ,获得匹配区域，并求取感兴趣区域和匹配区域的质心，实现微机电系统面内位移的测量。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于优化盒维数图像匹配的微机电系统面内位移测量方法，其特征在于：包括 以下步骤： 101、 采用CCD电荷耦合器件图像传感器采集微机电系统的图像，并对采集的图像进行 预处理； 102、 选定一个初始参考图像，并在所选定的初始参考图像上选择一个感兴趣子区即检 测图像S，并将检测图像S分解成η个次级子区Si(i = 1，2，···，η); 103、 步骤101中经过预处理后的图像上选择与步骤102中检测图像S大小形状相同的 区域即待检测图像T，并将检测图像T分解成η个次级子区?\α = 1，2, ···，!〇 ; 104、 对步骤102中的检测图像S的次级子区Si (i = 1，2,…，η)及检测图像T的次级子 区凡（i = 1，2,…，η)，采用优化盒维数计数法计算其分形维数，并分别记作+及；4，今 表示检测图像S的次级子区分形维数，4表示检测图像S的次级子区分形维数； 105、 将步骤104中得到的检测图像S的次级子区分形维数今及检测图像S的次级子区 分形维数进行维数相关，得到相关系数Ρ ; 106、 当相关系数p = 1或者Ρ最大且m < ρ < 1时，在整幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗元，张毅，胡章芳，蒋秋照，郝宏刚，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85