以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置制造方法及图纸

以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置，由一台计算机及其摄像头、一台步进电机、步进电机接口电路以及摄像头轴向位移装置组成，配置有摄像头拍摄以及根据单基色峰谷数据测量轴向位移程序；步进电机通过步进电机接口电路连接到计算机的ＲＳ２３２Ｃ接口，摄像头安装在摄像头轴向位移装置上。开始，通过计算图像帧像素亮度的自关联系数，自动分析并选取最佳观察区域；测量中，分析并测量图像帧的所选基色沿两个坐标轴方向的峰和谷的数目，并通过计算机ＲＳ２３２Ｃ接口控制步进电机的旋转，操作摄像头前进或后退，以峰和谷的数目之和最多之处作为最佳成像聚焦位置，从而获得轴向相对位移。本发明专利技术既能克服其它波长光照的影响，又提高了测量速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像测量
，特别是使用计算机摄像头测量物体沿其光学 轴方向发生的微小位移的方法及其装置。
技术介绍
最近提交的专利技术专利“以三基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装 置”与“以峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置”都以图像对比度所形成的“峰、 谷”作为图像的特征，通过计数峰和谷的数目来判断图像聚焦成像的程度，籍此使用计算机 摄像头的光电传感器阵列探测沿光学轴方向发生的微小位移，这两种测量方法新颖、便利。 但是，前者虽然充分地利用了图像帧的信息，但是，其分析运算量较大，影响了测量的反应 速度；而后者针对图像帧的亮度，会受到测量环境中各种波长的照射影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置，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，测量物体沿摄像头的光轴方 向所发生的微小位移矢量。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配置一个计算机 摄像头，该摄像头被安装在一个由高精度微位移步进电机为核心组成的轴向位移装置上， 该步进电机通过步进电机接口电路连接到所述计算机的RS232C接口，所述计算机配置有 摄像头拍摄以及根据单基色峰谷数据测量轴向位移程序，该程序体现了以图像帧的一种基 色的峰或谷为特征测量轴向位移的方法，包括步骤一、以位图(MXN，M，N e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，以向右的方向为χ轴方向，垂直 向下方向为y轴方向，所取坐标系的单位为一个像素的大小；在所述像素阵列的中央区域 选取一个区域，大小为HitlXrv m0, n0 e正整数，称之为观察窗，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 = M,n0+2v = N，h，v e正整数；步骤二、逐像素行、逐像素列导出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Ireferencex (X，y)}和Ireferencey (χ，y)}，其中，下标χ或y分别 表示所沿的坐标轴的方向，符号“ H ”表示沿其中函数下标所标示的坐标轴方向观察窗内诸 像素(χ，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观察窗内像素阵列的 自关联匹配系数 权利要求1.以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置，包括一台计算机及其 摄像头、摄像头轴向位移装置、一台步进电机以及步进电机接口电路，该摄像头被安装在所 述摄像头轴向位移装置上，所述步进电机通过所述步进电机接口电路连接到所述计算机的 RS232C接口，其特征在于，所述计算机配置有摄像头拍摄以及根据单基色峰谷数据测量轴 向位移程序。2.根据权利要求1所述的以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置， 其特征在于，所述摄像头轴向位移装置包括摄像头(1)安装在工作台(33)上，该工作台(33)与一根长的螺丝纹旋转轴(34)以螺 丝纹套接，螺丝纹旋转轴(34)通过支撑架(31)和(32)安装在一张大的工作台(30)上，并 且，螺丝纹旋转轴(34)与支撑架(31)和(32)都是以转轴的方式套接，螺丝纹旋转轴(34) 在与支撑架(31)和(32)的套接处可以转动但不发生向前或向后的位移；螺丝纹旋转轴 (34)上有一个固定的齿轮(341)，它与步进电机(40)的转轴(41)上面的齿轮(42)相互咬 合；步进电机(40)也安装在工作台(30)上，它通过步进电机接口电路(43)连接到计算机 系统(5)的 RS232C 接口 (8)。3.据权利要求1所述的以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置，其 特征在于，所述摄像头拍摄以及根据单基色峰谷数据测量轴向位移程序包括下述测量物体 沿所述摄像头的光轴方向发生的微小位移的方法步骤一、以位图^\队11力￡正整数)的格式，拍摄一帧被测物体的图像，作为参考帧； 在其帧像素阵列上选取直角坐标系，其单位为一个像素的大小；并在所述像素阵列的中央 选取一个区域，大小为HitlXrv m0, n0 e正整数，称之为观察窗，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mo+2h = Μ, η0+2ν = N, h, ν e 正整数；步骤二、逐像素行、逐像素列导出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Ireferencex (X，y)}和Ireferencey (x，y)}，其中，下标χ或y分别表示 所沿的坐标轴的方向，符号“ H ”表示沿其中函数下标所标示的坐标轴方向观察窗内诸像素 (χ，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观察窗内像素阵列的自关 联匹配系数4.根据权利要求3所述的以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置， 其特征在于，所述摄像头拍摄以及根据单基色峰谷数据测量轴向位移程序之步骤中所述边 方向数据或某种基色的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，如果一个像素的强度值或其所选基色的强 度值比其后面的第二个像素相应的强度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或所选基色沿该轴向的正边；如果 一个像素的强度值或其所选基色的强度值比其后面的第二个像素相应的强度值还要大一 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负边或所选基色沿该轴向的负边；如此 获得的边位于该像素之后的第一个像素的位置，也即位于参与比较的两个像素的中间位置 的那个像素上；如果一个像素的强度值或其所选基色的强度值与其后面的第二个像素相应 的强度值接近，其值相差不超过一个误差容限值error，即如果 I (X+2, Y) -error 彡 I (X，Y)彡 I (X+2, Y) +error, 或 I (X，Y+2) -error 彡 I (X，Y)彡 I (X，Y+2) +error,则认为这两个像素之间沿该轴方向不存在对应的“边”或不存在所选基色沿该轴向的 “边”，也可以称之为第三类边；沿着某一个坐标轴方向，对应的像素行或像素列所有的正边、负边以及第三类边组成 该行或该列沿该坐标轴方向的边方向数据，或者，对应的像素行或像素列所有的所选基色 的正边、负边以及第三类边组成该行或该列所选基色沿该坐标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；上列式中的 误差容限值可以根据具体的光照情况，预置为一个小的数值，例如err0r = 10 ；像素阵列 中的四个边与角上的像素位置不存在边方向数据。5.根据权利要求3所述的以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置， 其特征在于，所述摄像头拍摄以及根据单基色峰谷本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．以单基色峰谷为特征测量沿光轴方向的位移的方法及装置，包括：一台计算机及其摄像头、摄像头轴向位移装置、一台步进电机以及步进电机接口电路，该摄像头被安装在所述摄像头轴向位移装置上，所述步进电机通过所述步进电机接口电路连接到所述计算机的ＲＳ２３２Ｃ接口，其特征在于，所述计算机配置有摄像头拍摄以及根据单基色峰谷数据测量轴向位移程序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾艺，张海明，杜鹃，
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]