基于数字图像快速匹配算法的位移传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，包括：收容各部件的壳体；图像采集系统，接收光线并将图像信号转换成数字信号，并基于硬件描述语言图像处理器，采用数字图像快速匹配算法，计算连续两张图像的偏移量；光照装置，设置在所述图像采集系统和所述可连续移动的图像采集界面反射光线的途径处，发出光线，经光学镜头形成有效的光学路径；可连续移动的图像采集界面，接收所述光照装置发射出的光线并反射至所述图像采集系统；控制处理系统，分别和所述图像采集系统、光照装置连接。本发明专利技术还公开了位移测量方法。本发明专利技术的有益效果在于，可实现二维测量的位移传感器，利用图像位置变换原理实现位移测量。

【技术实现步骤摘要】
基于数字图像快速匹配算法的位移传感器
本专利技术涉及一种位移传感器，尤其是基于数字图像快速匹配算法的位移传感器。
技术介绍
目前，市场上主要用于工程中高精度、大量程的位移计产品有可变式线性差动变压器（LVDT）、容栅式位移计、光栅位移计和滑动电阻位移计。上述产品各有自身特点和缺陷，直线位移计适用于条件恶劣环境，但线性度不高，时漂和温漂都比较大，稳定性差；容栅式位移计精度较高，温漂小，但耐湿度差；光栅位移计精度较高，稳定性好，但抗干扰冲击差；滑动电阻位移计存在温漂和长期接触磨损问题。另外，所述以上位移计只允许测量一个方向位移，使用场合受到限制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于数字图像快速匹配算法的位移传感器。本专利技术是通过以下技术方案来实现的。一种基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，包括：收容各部件的壳体；图像采集系统，接收光线并将图像信号转换成数字信号，并基于硬件描述语言图像处理器，采用数字图像快速匹配算法，计算连续两张图像偏移量；光照装置，设置在所述图像采集系统和所述可连续移动的图像采集界面反射光线的途径处，发出光线，经光学镜头形成有效的光学路径；可连续移动的图像采集界面，接收所述光照装置发射出的光线并反射至所述图像采集系统；控制处理系统，分别和所述图像采集系统、光照装置连接。进一步地，上述光照装置和所述可连续移动的图像采集界面之间设置透明固件。进一步地，上述图像采集系统包括图像处理器和成像系统，上述成像系统接收光线，上述图像处理器计算图像位移偏移量。进一步地，上述图像处理器为实现图像位置变换算法的基于硬件描述语言的图像处理器CPLD或FPGA或ASIC。进一步地，上述成像系统包括光/电转换装置，上述光/电转换装置接收对所述可连续移动的图像采集界面反射光线进行光电转换。进一步地，上述成像系统包括A/D转换装置，上述A/D转换装置将上述光/电转换装置输出的电信号转换成数字信号输出。进一步地，上述成像系统包括同步装置，上述同步装置可将所述光/电转换装置、A/D转换装置、扫描装置动作同步。进一步地，上述成像系统包括扫描装置，上述扫描装置可通过对整幅图像的扫描将被采集对象空间坐标离散，并获得每一个采样点的光强度值。进一步地，上述光照装置包括光源和一组光学镜头，若被测物感光表面材料为一般粗糙纹理，则上述光源使用可见光或红外光光源；若被测物感光表面材料为玻璃或金属等较光滑表面，则上述光源使用激光光源。进一步地，上述控制处理系统包括控制器、储存电路、显示电路和通信电路，所述控制器通过接插件和所述图像采集系统以及光照装置相连接。一种使用所述基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的位移测量方法，步骤包括：（1）将控制器初始化；（2）打开光照装置；（3）读取图像处理器存储单元，获取当前图像和前一帧图像相比较的横向位移偏移量x、纵向位移偏移量y；（4）判断x、y是否发生变化；（5）若否，则放弃记录本次的x、y；（6）若是，记录此时x和y的值；（7）与上一次储存器记录的位移量进行相关计算，得到当前横向位移量和纵向位移量。进一步地，上述位移偏移量的计算如下所示：设f(n1,n2)表示一个M×N的实际图像,g(n1,n2)表示一个M×N的参考图像，|x|和|y|表示实际图像相对于参考图像在X轴和Y轴偏移量，R(x,y)表示相交图像匹配度量值，(i,j)为实时图像和参考图像相交图像像素点坐标。实时图像相对参考图像的位移分别对应四个象限的表达式如下：第一象限：第二象限：第三象限：第四象限：当上述相交图像匹配度量值R(x，y)达到最大时，所对应的x、y为当前图像与前一帧图像位移偏移量。本专利技术的有益效果：利用图像位置变换原理，可设计二维测量的位移传感器；本专利技术对于被测对象照射表面的介质要求不高，所以可供选择加工使用的材料很多；同时由于采用非接触式测量方法，避免了因机械磨损带来的测量误差；图像位置变换处理算法采用基于硬件描述语言的图像处理器，提高算法处理速度，保证长时间工作的稳定性和数据的实时性；而且为满足测试精度要求，针对不同被测表面选择可见光、红外光或激光作为光源，使得光学感应器得到的图像更容易辨别，提高定位精准性。附图说明图1为实施案例1基于数字图像快速匹配算法的位移传感器正视图；图2为实施案例1基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的剖视图；图3为实施案例1基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的局部放大剖视图；图4为实施案例1基于数字图像快速匹配算法的位移传感器工作原理示意图；图5为实施案例1基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的图像成像原理示意图；图6为实施案例2使用基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的位移测量方法的流程示意图；图7为实施案例2实时图像相对参考图像的四象限位移偏移量说明图；图8为实施案例2图像传感X轴方向上前后两幅图像的位置关系示意图。具体实施方式下面根据附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施案例1：图1为实施案例1基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的正视图，图2为实施案例1基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的剖视图，参照图1、图2，本专利技术，基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，包括：收容各部件的壳体1；图像采集系统5，接收光线并将图像信号转换成数字信号，并基于硬件描述语言图像处理器53，采用数字图像快速匹配算法，计算前一张数字图像和后一张数字图像的偏移量；光照装置51，设置在所述图像采集系统5和所述可连续移动的图像采集界面2反射光线的途径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，包括：收容各部件的壳体；图像采集系统，接收光线并将图像信号转换成数字信号，并基于硬件描述语言图像处理器，采用数字图像快速匹配算法，计算连续两张图像偏移量；光照装置，设置在所述图像采集系统和所述可连续移动的图像采集界面反射光线的途径处，发出光线，经光学镜头形成有效的光学路径；可连续移动的图像采集界面，接收所述光照装置发射出的光线并反射至所述图像采集系统；控制处理系统，分别和所述图像采集系统、光照装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，包括：收容各部件的壳体；图像采集系统，接收光线并将图像信号转换成数字信号，并基于硬件描述语言图像处理器，采用数字图像快速匹配算法，计算连续两张图像偏移量；光照装置，设置在所述图像采集系统和可连续移动的图像采集界面反射光线的途径处，发出光线，经光学镜头形成有效的光学路径；可连续移动的图像采集界面，接收所述光照装置发射出的光线并反射至所述图像采集系统；控制处理系统，分别和所述图像采集系统、光照装置连接；所述光照装置和所述可连续移动的图像采集界面之间设置透明固件。2.根据权利要求1所述的基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，所述图像采集系统包括图像处理器和成像系统。3.根据权利要求2所述的基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，所述图像处理器为实现图像位置变换算法的基于硬件描述语言的图像处理器CPLD或FPGA或ASIC。4.根据权利要求2所述的基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，所述成像系统包括光/电转换装置、A/D转换装置、同步装置和扫描装置，所述光/电转换装置接收对所述可连续移动的图像采集界面反射光线进行光电转换，所述A/D转换装置将上述光/电转换装置输出的电信号转换成数字信号输出，所述同步装置可将所述光/电转换装置、A/D转换装置、扫描装置动作同步，所述扫描装置可通过对整幅图像的扫描将被采集对象空间坐标离散，并获得每一个采样点的光强度值。5.根据权利要求1所述的基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，所述光照系统由光源和一组光学镜头组成。6.根据权利要求5所述的基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，若被测物感光表面材料为粗糙纹理，则所述光照装置使用可见光源或红外光源；若被测物感光表面材料为玻璃或金属的光滑表面，则所述光照装置使用激光光源。7.根据权利要求1所述的基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，其特征在于，所述控制处理系统包括控制器、储存电路、显示电路和通信电路，所述控制器通过接插件和所述图像采集系统以及光照装置相连接。8.一种使用如权利要求1-7任一所述的基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的位移测量方法，其特征在于，步骤包括：(1)将控制器初始化；(2)打开光照装置；(3)读取图像处理器存储单元，获取当前图像和前一帧图像相比较的横向位移偏移量x、纵向位移偏移量y；(4)判断x、y是否发生变化；(5)若否，则放弃记录本次的x、y；(6)若是，记录此时x和y的值；(7)与上一次储...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹光暄，常月，廖旭涛，徐文华，于鹏，
申请(专利权)人：安徽省城建设计研究院，
类型：发明
国别省市：