以二维对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，由一个计算机摄像头与一台普通的计算机组成；先在参考帧内提取ｘ轴和ｙ轴方向的边方向数据，作为被测物体反射图像的二维特征；对于各个轴方向，分别计算边方向数据的自关联系数，得到各自适合被测物反射面的最佳比较窗像素阵列，取其大者作为比较窗像素阵列；再分别沿各个坐标轴方向，把比较窗与取样帧进行边方向数据的交叉关联匹配计算，取其交叉关联系数值最大者作为最佳匹配者，籍此获得各个轴向的二维位移，取其平均值作为本次测量的位移；据此，调整比较窗的位置或更新参考帧，调整交叉关联匹配算子阵列的规模，以减少计算量，提高测量精度；本发明专利技术进一步克服了环境光照变化对测量的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字图像测量
，特别是采用计算机摄像头测量物体的二维微小位移的方法及其装置。
技术介绍
为了发挥计算机摄像头的光电传感器阵列的功能，“使用计算机摄像头测量微 小二维位移的方法及装置”(专利技术专利申请号2009101042778)提出了一种使用计算机 摄像头应用关联匹配技术测量物体微小位移的方法及装置；该专利技术申请适合于照明情况 以及物体反射面的光学图像相对稳定的情形，因为它针对的是光强图案。最新提交的发 明申请“以对比度为特征帧匹配测量二维位移的方法及装置”，以图案明暗对比度作为 被测物体表面的反射特征，能够有效地克服环境光照之变化对测量带来的负面影响，扩 展了应用场合。但是，该技术方案只是考虑了图像特征的一维性质。
技术实现思路
本专利技术提供一种以二维对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，它利用计 算机摄像头，能够在照明状况发生一定的变化的环境中，测量物体在与摄像头的光轴相 垂直的平面上的二维位移矢量和速度矢量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一台普通的计算机安装一个计算 机摄像头，并配置有摄像头拍摄及二维边方向数据帧匹配测量位移程序；该程序体现了 以二维对比度为特征通过帧匹配测量位移的方法，包括步骤一、以位图(MXN，M，Ne正整数)的格式，拍摄一帧被测物体的图 像，作为参考帧；以该帧像素阵列左上角的第一个像素的位置为原点，向右方向为χ轴 方向，垂直向下方向为y轴方向；在所述像素阵列的中央区域选取一个区域，大小为 m0Xn0, m0, nQe正整数，称之为比较窗，它距离所述像素阵列的水平方向和垂直方向 的边缘像素各有h和ν个像素，即有mQ+2h = Μ, η0+2ν = N，h，ν e正整数；步骤二、对于上述参考帧之像素阵列，逐像素行、逐像素列导出沿X轴方向和 Y轴方向的边方向数据，并以3bit的二进制数值001，010和100分别表示其中的正边、 负边以及第三类边，如此构成了对应所述参考帧像素阵列的关于X轴方向和关于Y轴方 向的两帧边方向数据{referencex(x，y)}和{referencey(x，y)}，其中，下标χ或y表示所 沿的坐标轴的方向，符号“{}”表示沿其中函数下标所标示的坐标轴方向比较窗内诸像 素(X，y)处的边方向数据的一个集合，保存这些数据；步骤三、对于上述两帧边方向数据，分别计算所述参考帧里比较窗的像素阵列 的自关联匹配系数\'+\+n h+\ + m卯to一Correlationx(α,办)=Σ Σr=v+l .v=/ +l权利要求1.以二维对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，由一台普通的计算机与一个 计算机摄像头组成，其特征在于，所述计算机系统还配置有摄像头拍摄及二维边方向数 据帧匹配测量位移程序。2.根据权利要求1所述的以二维对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，其特征 在于，所述摄像头拍摄及二维边方向数据帧匹配测量位移程序提供了一种使用计算机摄 像头以对比度为特征实施帧匹配测量二维位移的方法，包括步骤一、以位图(MXN，M，NE正整数)的格式，拍摄一帧被测物体的图像，作 为参考帧；以该帧像素阵列左上角的第一个像素的位置为原点，向右方向为x轴方向， 垂直向下方向为y轴方向；在所述像素阵列的中央区域选取一个区域，大小为moXrv m0, nQe正整数，称之为比较窗，它距离所述像素阵列的水平方向和垂直方向的边缘像 素各有h和v个像素，即有mo+2h = M，n0+2v = N, h，v G正整数；步骤二、对于上述参考帧之像素阵列，逐像素行、逐像素列导出沿X轴方向和Y轴 方向的边方向数据，并以3bit的二进制数值001，010和100分别表示其中的正边、负边 以及第三类边，如此构成了对应所述参考帧像素阵列的关于X轴方向和关于Y轴方向的 两帧边方向数据{reference、(x，y) }和{referencey (x，y) }，其中，下标x或y表示所沿 的坐标轴的方向，符号“{}”表示沿其中函数下标所标示的坐标轴方向比较窗内诸像素 (x，y)处的边方向数据的一个集合，保存这些数据；步骤三、对于上述两帧边方向数据，分别计算所述参考帧里比较窗的像素阵列的自 关联匹配系数v+l+rt h+\+mauto — correlationx (a, = ^ ^ v=v+l a:=/j+1v+l+n h+\+mauto _ correlation y(a,b) = ^ ^ y=v+l x=h+l式中，运算符号 表示二进制逻辑与运算，其运算结果或为逻辑o或为逻辑1， 运算符号“[]”表示取其中的逻辑运算函数所对应的数值，或为数值0，或为数值1， 参数变量a，b的组合决定了关联匹配算子阵列的规模，如果取3X3关联匹配算子a =-1，0，1，b = _l，0，1，因此，沿每个坐标轴方向各自会产生9个自关联系数auto_ correlationx (a, b)禾口 auto_correlationy(a，b)；步骤四、根据上述两帧边方向数据对应的自关联匹配系数，分别搜索在目前的物体 表面状况以及照明状况下可以进行匹配比较的最佳比较窗像素阵列 mx = m0_step，nx = n0_step，2h = M_mx, 2v = N-nx 禾口 my = m0-step, ny = n0_step，2h = M_my, 2v = N~ny,式中，下标x、y分别表示其值对应着沿X轴方向和Y轴方向；取此两组值中大者为 比较窗阵列的规模mXn;步骤五、上述拍摄以后，经过一段时间At，拍摄第二帧位图，作为取样帧； 逐行、逐列确定该取样帧中像素沿X轴方向和Y轴方向的边方向数据，分别以3bit 的二进制数值001，010和100表示其中的正边、负边以及第三类边，如此获得取样帧的 两帧边方向数据{comparisonx(x, y) }和{comparisony (x, y) },保存这些数据；步骤六、步骤六、沿X轴方向和Y轴方向，对应所述参考帧和所述取样帧各自的两帧边方向数据，分别把所述参考帧内比较窗里的像素阵列在所述取样帧范围里按照9X9 关联匹配阵列进行交叉关联匹配计算a = -4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，b =-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4 ；步骤七、取上述交叉关联匹配系数最大者，作为所述取样帧相对所述参考帧移动的 方向以及移动的幅度AxX = Cj, A xy = dj ； AyX = C2, A yy = d2 ;式中，下标x、y分别表示所沿的坐标轴方向；本次测量中，所述取样帧相对所述参考帧移动的方向以及移动的幅度是3.根据权利要求2所述的以二维对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，其特征 在于，所述摄像头拍摄及二维边方向数据帧匹配测量位移程序之步骤二、步骤五和步骤 十一所述边方向数据的定义是像素阵列中，沿着X轴或者沿着Y轴方向，如果一个像 素的光强值比其后面的第二个像素相应的光强值还要小一个误差容限值error，即如果 I(X, Y) < I(X+2, Y)-error 或 I (X，Y) < I (X, Y+2) -error 则定义这两个像素之间存在一个沿该轴方向的正边；如果一个像素的光强值比其后 面的第二个本文档来自技高网...
【技术保护点】
以二维对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，由一台普通的计算机与一个计算机摄像头组成，其特征在于，所述计算机系统还配置有摄像头拍摄及二维边方向数据帧匹配测量位移程序。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾艺，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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