以一维三基色峰谷为特征测量轴向位移的方法及装置制造方法及图纸

以一维三基色峰谷为特征测量轴向位移的方法及装置，由一台普通的计算机及其摄像头、一台步进电机及其接口电路以及摄像头轴向位移装置组成。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计算机的ＲＳ２３２Ｃ接口，计算机配置有摄像头拍摄以及根据一维三基色峰谷数据测量轴向位移程序。通过计算自关联系数，自动分析并选取最佳观察区域；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；通过分析并测量图像帧的三种基色沿一个坐标轴方向的峰和谷的数目，以其最多之处作为最佳成像聚焦位置，从而获得轴向相对位移。本测量方法新颖，能够适应某种程度的环境光照变化，测量速度较快。

【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申请“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”提出了一种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 的方法，它充分利用了计算机摄像头的光电传感器阵列所反映的信息。不过，其运算工作量 较多。
技术实现思路
本专利技术提供一种以一维三基色峰谷为特征测量轴向位移的方法及装置，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一维三基色峰谷数据测量轴向位移程序，该程序体现了以三基色峰谷 为图像帧的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mo+2h = M,n0+2v = N,h,v 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Ireferencex (X，y)}和{reference, (x，y)}，其中，下标χ或y分别表示所沿的 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观察窗内诸像素(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观察窗内像素阵列的 自关联匹配系数auto 一 Correlationx (a, Z ) = ^ ^ y=v+\ x=h+\ v+\+n0h+l+m0auto_correlationy(a,b) = ^ y=v+\ 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0或为逻辑1，运算 符号“[]”表示取其中的逻辑运算函数的值所对应的数值，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关联匹配算子阵列a = -l，0， 1，b = -1，0，1，因此，沿每个坐标轴方向各自会产生9个自关联系数aut0_C0rrelati0nx (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观察窗像素阵列mx = m0士step, nx = n0±step,2h = M_mx,2v = N-nx禾口 my = m0士step, ny = n0士 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，step为搜索过程中 的步进参数，其前面的加减号由搜索方向决定；取此两组值中大者为本测量所用观察窗阵 列的规模mXn ；步骤五、对于上述参考帧之像素阵列，根据其红色、绿色和蓝色分量的数据，逐行 导出沿X轴方向的红色的、绿色的和蓝色的边方向数据，一共有3X1 = 3帧边方向数据；根据上述三种基色的边方向数据，导出沿X轴方向的三种基色的边反射状况，共 有3X1 = 3帧边反射状况；对于其中的观察窗区域，分别使用累加器计数它们所对应的峰、 谷的数目為和Nkx轴谷、Ncx_和Ncx轴谷、NBX_和Nbx轴谷，其中，N(umber)表示数目，R、G、 B分别表示红、绿和蓝色；累加上述累加器的计数结果并保存之，表示为N(i，j = 0，forw=0，back = 0)，其中，i = 1,2,3......表示所拍摄的参考帧的顺序计数，也是测量的计数，j = 0,1,2,3,......，表示第i次测量过程中拍摄的取样帧的计数，变量forw( = 0,1,2，......)和back( = 0,1,2,......)分别表示第i次测量中所述步进电机发生顺时钟旋转和反时钟旋转所对应的步进脉冲计数，本次测量开始前，有i = 1，j = 0,forw = 0,back =0 ；步骤六、测量开始所述计算机通过其RS232C接口的一根输出控制线FORWARD输 出第forw = 1个数字脉冲信号到所述步进电机接口电路，控制该步进电机顺时钟旋转一 步，然后，拍摄第j = 1帧取样帧位图；对于上述取样帧之像素阵列，根据其红色、绿色和蓝色分量的数据，逐行导出沿X 轴方向的红色的、绿色的和蓝色的边方向数据，共有3X1 = 3帧边方向数据；根据上述三种基色的边方向数据，导出沿X轴方向的三种基色的边反射状况，共 有3X1 = 3帧边反射状况；对于其中的观察窗区域，分别使用累加器计数它们所对应的峰、 谷的数目為χ轴峰和Nkx轴谷、Ngx轴峰和Ngx轴谷、Nbx轴峰和Nbx轴谷；累加上述累加器的计数结果并保 存之，表示为:N(i, j = 1, forw = 1, back = 0)；步骤七、如果N(i，j= Lforw= l,back = 0)彡 N(i，j = 0，forw = 0，back = 0)，所述计算机通过其RS232C接口的一根输出控制线FORWARD输出第forw( = 2,3,......)个数字脉冲信号到所述步进电机接口电路，控制该步进电机顺时钟旋转进步，每次顺时钟 旋转一步都拍摄并分析比较前后各取样帧中观察窗内沿X轴方向的三种基色的所有的峰 和谷的数目之和 N(i, j = forw-1, forw-l，back = 0)禾口 N(i，j = forw, forw, back = 0)， 保存之，该过程中应当会有:N(i, j = forw, forw, back = 0)彡 N(i，j = forw-1, forw-1, back = 0),直至丨J满足:N(i, j = forw, forw, back = 0) < N(i, j = forw-1, forw-1, back=0)，这时，记录(f0rw)MX = f0rw，同时，所述计算机通过其RS232C接口的另一根输出控制 线BACKWARD输出一个数字脉冲信号(back = 1)到所述步进电机接口电路，控制该步进电 机反时钟旋转一步，这时，相对本次测量开始前的初始位置，本装置的摄像头即处于本次测 量中的最佳物体成像聚焦位置FoCUSP= (forw)mx-back = (forw)MX-l，其计算的结果大 于或等于0，表示所述步进电机的旋转方向是顺时钟方向的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．以一维三基色峰谷为特征测量轴向位移的方法及装置，包括：一台普通的计算机通过其ＵＳＢ接口连接一个计算机摄像头、一台步进电机及其接口电路，其特征在于，该摄像头被安装在一个由所述步进电机为核心组成的轴向位移装置上，该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，所述计算机配置有摄像头拍摄以及根据一维三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，唐玉霞，林睿，
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]