【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉的高精度旋转角度测量方法
本专利技术属于计量及测量控制
，尤其适用于高精度、稳定、可靠低频旋转振动测量。
技术介绍
随着科学技术的发展，军事工业、航空航天等科技行业对角度测量精度、速度等指标提出了越来越高的要求，因此，提出一种精确、快速、便捷的角度测量方法有着重要的意义。目前，常用的测量角度的方法大致可以分为接触测量方法及非接触测量方法。其中最为常用的接触测量方法是机械测量方法和电磁测量方法，机械测量方法(如多齿分度台)存在测量速度慢、精度低、不能实时动态测量的局限性，并采用接触测量限制了该方法的适用范围。电磁测量方法基于电磁感应的原理测量角度，与机械测量方法相比，在测量精度速度上有了显著的提升。上述的两种测量方法难以实现自动化测量。非接触角度测量方法具有更广泛的适用性，其中光学测量方法具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点，因此使光学测角法的应用更加普遍，但其测量精度依赖于稳定的激光光源、精密的光路，所以光学测角法系统大多复杂且系统成本较高。激光干涉方法是近年来广泛应用于角度测量的光学方法，它采用迈...
【技术保护点】
1.一种基于视觉的高精度旋转角度测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤，/nS1：采用一种由四个面积相等圆形包络矩形的特征标志，该特征标志紧固于转台的旋转面，其与旋转面具有相同的旋转角度；摄像机采集旋转特征标志的序列图像，读入采集到的图像，基于圆形模板匹配方法，识别特征标志中的四个圆形区域，确定以四个圆心为顶点的感兴趣区域ROI，以消除图像背景相似边缘对特征标志中矩形边缘检测干扰；/nS2：基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法实现特征标志ROI内矩形长边的高精度提取，得到矩形两条长边缘的亚像素坐标；/nS3：基于最小二乘拟合法对两条亚像素坐标长边缘进行直线拟合，...
【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的高精度旋转角度测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤，
S1：采用一种由四个面积相等圆形包络矩形的特征标志，该特征标志紧固于转台的旋转面，其与旋转面具有相同的旋转角度；摄像机采集旋转特征标志的序列图像，读入采集到的图像，基于圆形模板匹配方法，识别特征标志中的四个圆形区域，确定以四个圆心为顶点的感兴趣区域ROI，以消除图像背景相似边缘对特征标志中矩形边缘检测干扰；
S2：基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法实现特征标志ROI内矩形长边的高精度提取，得到矩形两条长边缘的亚像素坐标；
S3：基于最小二乘拟合法对两条亚像素坐标长边缘进行直线拟合，计算这两条拟合边缘直线斜率的均值，分别求取基准位置矩形长边缘斜率均值及旋转位置处矩形长边缘斜率均值，利用两斜率均值的反正切三角函数解算旋转位置相对于基准位置的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的高精度旋转角度测量方法，其特征在于：
基于模板匹配确定图像的感兴趣区域(ROI)，具体包括：
(1)圆形模板匹配方法
采用圆形模板匹配方法准确识别特征标志中的四个圆形区域；选取一系列大小不同的圆形模板图像{Tj}匹配圆形区域，其中j＝1,2,3...S,S为圆形模板个数；通过式(1)计算大小不同圆形模板与圆形区域匹配的相关系数
其中，Rj(x,y)是圆形模板匹配的相关系数，表示圆形模板与圆形区域的相似程度，F(x,y)是采集的图像中坐标为(x,y)像素的灰度值，Tj(u,v)是一系列圆形模板图像中坐标为(u,v)像素的灰度值，表示采集到的图像平均灰度值，表示圆形模板的平均灰度值，P(x+u,y+v)与Q(u,v)为中间变量，M和N是第j个模板图像像素的行数与列数；
选取使模板匹配的相关系数Rj(x,y)最大时的(x,y)坐标值，即为特征标志中圆形区域位置；这种模板匹配方法具有尺度和旋转不变性；
(2)感兴趣区域提取
模板匹配得到特征标志中四个圆形区域位置，检测每个圆形的边缘并对检测边缘进行圆拟合得到圆心位置，确定以四个圆心为顶点的ROI；在ROI内检测特征标志中矩形长边缘，消除图像背景相似边缘对矩形长边缘检测的干扰。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的高精度旋转角度测量方法，其特征在于：
对于采集的旋转特征标志序列图像Ti(x,y)，其中i＝1...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晨光，成昊，刘志华，杨明，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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