以一维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像素亮度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。本发明专利技术测量方法新颖，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。该方法考虑了像素亮度的二维信息特征，较充分地利用了摄像头的功能，不过其分析计算量较大。
技术实现思路
本专利技术提供一种以一维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峰谷数据测量轴向位移程序，该程序体现了以图像像素的亮度变 化之峰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 自关联匹配系数权利要求1.以一维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峰 谷数据测量轴向位移程序。2.根据权利要求1所述的以一维峰谷为特征测量轴向位移的方法及装置，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(3 都是以转轴的方式套接，螺丝纹旋转轴(34) 在与支撑架(31)和(3 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00)的转轴上面的齿轮02)相互咬 合；步进电机GO)也安装在工作台(30)上，它通过步进电机接口电路G3)连接到计算机 系统(5)的 RS232C 接口 (8)。3.根据权利要求1所述的以一维峰谷为特征测量轴向位移的方法及装置，其特征在 于，所述摄像头拍摄以及根据一维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(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，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mQXnQ，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 = 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v+]+n0h+\+m0auto — correlation入a,b) 二 ^ ^产 v+l x=h+\v+\+n0h+]+m0auto _ correlationy (a, Z ) - ^ ^ 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，l，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 (已，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士step，2h = M_mx，2v = N_nx 禾口 my = m0士 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，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，根据其像素亮度数据，逐行导出沿X轴方向的1 帧边方向数据；根据上述边方向数据，导出沿X轴方向的1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Νχ _和Nxttft，其中，N(umber)表示数目；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,......) ^P 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本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．以一维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，
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]