一种高精度平移测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种高精度平移测量方法及装置，该方法将较大视场低精度的第一相机与小视场高精度的第二相机相机固定在一起，先使用第一相机的图像在信息板上进行搜索，得到一个粗略的配准结果，再利用第二相机的图像在上一步得到的粗略的配准结果的基础上进行搜索配准，得到一个精确的配准结果，由此可以计算得到精确的位移量。无需高精度加工光栅尺的编码刻度，而是对平移台上的信息板直接成像，通过图像处理高精度识别出相机视场中心在信息板的精确位置，从而计算得到相机视场对应的信息环平移量，为了兼顾识别的速度与精度，通过双相机识别技术，粗配准与精配准结合来提高图像配准的速度与精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度平移测量方法及装置
本专利技术涉及的是视觉测量领域，涉及一种高精度平移测量方法及装置，具体涉及的是一种基于双相机技术的高精度的平移测量方法。
技术介绍
移测量是几何测量技术重要的组成部分之一，平移测量一般通过将平移测量装置安装在被测物件上，通过被测件的平移带动位移传感器的运动，从而测得物体位置的变化。平移测量装置(传感器)被广泛地应用于机器人、航空航天、数控机床及各种高精度闭环调速系统和伺服系统的位移测量等领域，另外，在日常生产生活中，包括交通运输、工农业生产、医疗卫生、商务办公，乃至家用电器中，都大量使用着各种类型的平移测量装置。光栅尺位移传感器(简称光栅尺)，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，与其他同类用途的传感器相比较，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点，是自动化设备中一种较为理想的位移传感器。但光栅尺的结构复杂，价格昂贵，高精度的光栅尺对工艺要求非常高，成品容易损坏，而且想要进一步提高精度十分困难。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种高精度平移测量方法及装置，无需高精度加工光栅尺的编码刻度，而是对平移台上的信息板直接成像，通过图像处理高精度识别出相机视场中心在信息板的精确位置，从而计算得到相机视场对应的信息环平移量。为了兼顾识别的速度与精度，本专利提出双相机识别技术，粗配准与精配准结合来提高图像配准的速度与精度。本方法测量得到的是相对平移信息。为实现上述目的，本专利技术提供一种高精度平移测量方法，包括如下步骤：步骤1，将相机组件与具有纹理特征的信息板中任一个安装在待测平移物上，另一个安置在待测平移物以外的任意位置，其中，所述相机组件包括第一相机与第二相机，所述第一相机为大视场低精度相机，所述第二相机为小视场高精度相机，所述信息板上至少有一个区域位于第一相机与第二相机的拍摄视场的中心位置；步骤2，使得第一相机、第二相机分别遍历整个信息板得到若干遍历图像，将遍历图像进行图像修正后进行拼接，得到信息板在第一相机拍摄视场中的第一基准图与信息板在第二相机拍摄视场中的第二基准图；步骤3，在待测平移物移动过程中，获取第一相机、第二相机实时拍摄的第一实时图像与第二实时图像，并基于图像识别得到第一实时图像在第一基准图中所处的第一局部区域图像；步骤4，将第一实时图像与第一局部区域图像进行第一次配准，得到第一实时图像与第一局部区域图像相似度最高区域的中心像素位置，即第一像素坐标；步骤5，基于第一像素坐标得到对应像素点在第二基准图所在的像素位置，即第二像素坐标，将第二基准图中第二像素坐标所在的部分区域作为第二局部区域图像，将第二实时图像与第二局部区域图像进行第二次配准，得到第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置；步骤6，基于第二基准图像的长度与第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置得到待测平移物的相对位移量。进一步优选的，步骤1中，所述信息板上设有相互垂直的第一编码带与第二编码带，所述第一编码带包括若干沿第一编码带长度方向间隔排列的第一编码，所述第二编码带包括若干沿第二编码带长度方向间隔排列的第二编码；所述第一编码、第二编码均由若干白色或黑色的方块组成，每一第一编码、第二编码中的黑色方块与白色方块的排列组合均不相同，使得第一编码、第二编码具有2n个刻度，其中，n表示一个第一编码或第二编码中黑色方块与白色方块的总数。进一步优选的，步骤3中，所述基于图像识别得到第一实时图像在第一基准图中所处的第一局部区域图像，具体为：步骤3.1，采用阈值分割提取第一实时图像中的第一编码与第二编码：式中，f(x,y)为第一实时图像的像素值，(x,y)为像素坐标，T为分割阈值，当像素值小于分割阈值T时，则认为该像素为黑色方块；当像素值大于分割阈值T时，则认为像素为白色方块；步骤3.2，基于步骤3.1的提取结果获取第一实时图像中编码在第一基准图中对应的位置，并将该位置前后至少包含一个第一编码与至少一个第二编码在内的区域作为第一局部区域图像。进一步优选的，步骤4具体包括：步骤4.1，在第一局部区域图像上截取出一块与第一实时图像形状相同的图像作为比对图像；步骤4.2，计算第一实时图像与比对图像的相似度量；步骤4.3，将比对图像的轮廓在第一局部区域图像上向上和/或向下和/或向左和/或和/向右平移一个或者多个像素，获得新的比对图像，并计算第一实时图像与新的比对图像的相似度量；步骤4.4，重复步骤4.3直至第一局部区域图像上所有的像素点均在实时成像比对图像中出现过；步骤4.5，筛选出与第一实时图像之间相似度量最大的比对图像，作为结果图像，结果图像的中心像素点在第一基准图中的坐标即为第一像素坐标。进一步优选的，步骤4.2中，所述计算第一实时图像与比对图像的相似度量，具体为：式中，i表示表示第i个实时成像比对图像，S(i)表示第一实时图像与第i个比对图像的相似度量，ti和wi表示第一实时图像和第i个比对图像对应区域各像素的灰度值，和表示第一实时图像和第i个比对图像对应区域的灰度均值。进一步优选的，步骤5中，第二基准图中的第二像素坐标为：式中，(xD,yD)为第一基准图中的第一像素坐标，L1为第一基准图上第一编码带的长度、L2为第一基准图上第二编码带的长度，l1为第二基准图上第一编码带的长度、l2为第二基准图上第二编码带的长度。进一步优选的，步骤5中，将第二实时图像与第二局部区域图像进行第二次配准，得到第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置，具体为：通过亚像素插值或者数据拟合的方法求取第二实时图像与第二局部区域图像之间相似度量最大的比对图像的中心像素点在第二基准图中的位置：式中，0<i<l1，l2表示亚像素插值或者数据拟合的搜索范围，d1表示待测平移物沿第一编码带的相对位移量，d2表示待测平移物沿第二编码带的相对位移量。进一步优选的，步骤6中，所述基于第二基准图像的长度与第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置得到待测平移物的相对位移量，具体为：式中，d表示待测平移物实际的相对平移量。为实现上述目的，本专利技术还提供一种高精度平移测量装置，包括：信息板，设在待测平移物上或待测平移物以外的位置，所述信息板上具有纹理特征以用于作为待测平移物的平移测量的参照物，所述待测平移物上不同区域的纹理特征具有唯一性；相机组件，包括经过联合标定的第一相机与第二相机，所述第一相机为大视场低精度相机，所述第二相机为小视场高精度相机，设在待测平移物上或待测平移物以外的位置，用于信息板；控制模块，与相机组件电性相连，所述控制模块包括存储器和处理器，所述存储器存储有高精度平移测量程序，所述处理器在运行所述程序时执行上述方法所述的步骤。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度平移测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，将相机组件与具有纹理特征的信息板中任一个安装在待测平移物上，另一个安置在待测平移物以外的任意位置，其中，所述相机组件包括第一相机与第二相机，所述第一相机为大视场低精度相机，所述第二相机为小视场高精度相机，所述信息板上至少有一个区域位于第一相机与第二相机的拍摄视场的中心位置；/n步骤2，使得第一相机、第二相机分别遍历整个信息板得到若干遍历图像，将遍历图像进行图像修正后进行拼接，得到信息板在第一相机拍摄视场中的第一基准图与信息板在第二相机拍摄视场中的第二基准图；/n步骤3，在待测平移物移动过程中，获取第一相机、第二相机实时拍摄的第一实时图像与第二实时图像，并基于图像识别得到第一实时图像在第一基准图中所处的第一局部区域图像；/n步骤4，将第一实时图像与第一局部区域图像进行第一次配准，得到第一实时图像与第一局部区域图像相似度最高区域的中心像素位置，即第一像素坐标；/n步骤5，基于第一像素坐标得到对应像素点在第二基准图所在的像素位置，即第二像素坐标，将第二基准图中第二像素坐标所在的部分区域作为第二局部区域图像，将第二实时图像与第二局部区域图像进行第二次配准，得到第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置；/n步骤6，基于第二基准图像的长度与第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置得到待测平移物的相对位移量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高精度平移测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将相机组件与具有纹理特征的信息板中任一个安装在待测平移物上，另一个安置在待测平移物以外的任意位置，其中，所述相机组件包括第一相机与第二相机，所述第一相机为大视场低精度相机，所述第二相机为小视场高精度相机，所述信息板上至少有一个区域位于第一相机与第二相机的拍摄视场的中心位置；
步骤2，使得第一相机、第二相机分别遍历整个信息板得到若干遍历图像，将遍历图像进行图像修正后进行拼接，得到信息板在第一相机拍摄视场中的第一基准图与信息板在第二相机拍摄视场中的第二基准图；
步骤3，在待测平移物移动过程中，获取第一相机、第二相机实时拍摄的第一实时图像与第二实时图像，并基于图像识别得到第一实时图像在第一基准图中所处的第一局部区域图像；
步骤4，将第一实时图像与第一局部区域图像进行第一次配准，得到第一实时图像与第一局部区域图像相似度最高区域的中心像素位置，即第一像素坐标；
步骤5，基于第一像素坐标得到对应像素点在第二基准图所在的像素位置，即第二像素坐标，将第二基准图中第二像素坐标所在的部分区域作为第二局部区域图像，将第二实时图像与第二局部区域图像进行第二次配准，得到第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置；
步骤6，基于第二基准图像的长度与第二实时图像的中心像素点在第二基准图中的位置得到待测平移物的相对位移量。


2.根据权利要求1所述高精度平移测量方法，其特征在于，步骤1中，所述信息板上设有相互垂直的第一编码带与第二编码带，所述第一编码带包括若干沿第一编码带长度方向间隔排列的第一编码，所述第二编码带包括若干沿第二编码带长度方向间隔排列的第二编码；
所述第一编码、第二编码均由若干白色或黑色的方块组成，每一第一编码、第二编码中的黑色方块与白色方块的排列组合均不相同，使得第一编码、第二编码具有2n个刻度，其中，n表示一个第一编码或第二编码中黑色方块与白色方块的总数。


3.根据权利要求2所述高精度平移测量方法，其特征在于，步骤3中，所述基于图像识别得到第一实时图像在第一基准图中所处的第一局部区域图像，具体为：
步骤3.1，采用阈值分割提取第一实时图像中的第一编码与第二编码：



式中，f(x,y)为第一实时图像的像素值，(x,y)为像素坐标，T为分割阈值，当像素值小于分割阈值T时，则认为该像素为黑色方块；当像素值大于分割阈值T时，则认为像素为白色方块；
步骤3.2，基于步骤3.1的提取结果获取第一实时图像中编码在第一基准图中对应的位置，并将该位置前后至少包含一个第一编码与至少一个第二编码在内的区域作为第一局部区域图像。


4.根据权利要求2所述高精度平移测量方法，其特征在于，步骤4具体包括：
步骤4.1，在第一局部区域图像上截取出一块与第一实时图像形状相同的图像作为比对图像；
步骤4.2，计算第一实时图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨夏，郭贵松，甘叔玮，张小虎，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44