[發明專利]基于激光圖像及對應像素距離度量的位移測量裝置及方法

無效

• 申請號: 200810014281.0
• 申請日: 2008-02-22
• 公開（公告）號: CN101236081A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 艾長勝;張輝;趙洪華;孫選;李國平;王娜
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C11/36;G06K9/64
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種位移測量裝置，尤其涉及一種基于激光圖像及對應像素距離度量的位移測量裝置及方法。

背景技術

工業領域中的各行各業，精確的距離測量被大量應用，甚至成為某些領域中必不可少的手段之一，尤其在機械加工領域，微小距離測量的準確性是產品質量最重要的保證之一。因此高精度的測距儀是工業技術領域中關鍵的測量手段之一。

當前工業生產中常用的測距儀包括接觸式和非接觸式，對于運動物體的連續在線測量往往采用非接觸式的測距儀。常用的測距原理包括電容式、電感式、霍爾式、紅外式、超聲波式和激光式等原理，構成了非常豐富的適用于各種場合的測距儀。上述原理所設計的測距儀都與被測物體的屬性有關系，電感式、霍爾式需要被測物為金屬物體，利用光學原理的需要被測物具有很好的光反射性質等等，但現有測距儀在使用中普遍存在讀數精度低，成本高的問題，不能滿足實際生產的需要。

發明內容

本發明的目的就是為了解決目前工業測距儀成本高，測量精度低，不能滿足生產需要等問題，提供一種具有結構簡單，使用方便，測量精度高等優點的基于激光圖像及對應像素距離度量的位移測量裝置及方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于激光圖像及對應像素距離度量的位移測量裝置，它由成像設備、數字圖像信號處理設備和位移數據輸出接口設備組成；其中成像設備包括光源及相關光路組件和攝像裝置組成，攝像裝置輸出端與數字圖像信號處理設備輸入端連接，數字圖像信號處理設備輸出端則與位移數據輸出接口設備連接。

所述光源為激光光源。

所述攝像裝置為CCD/CMOS圖像傳感器。

所述數字圖像信號處理設備為DSP芯片。

所述位移數據輸出接口設備為復雜可編程邏輯器件CPLD、RS232或者RS485接口中的至少一種。

一種基于激光圖像及對應像素距離度量的位移測量裝置的測量方法，它的步驟為

1)圖像采集

各設備初始化后，當被測物體移動時，利用CCD/CMOS圖像傳感器得到多幀連續圖案序列；

2)圖像分析

數字圖像信號處理設備對所得圖像進行數字圖像處理；

3)位移測定

數字圖像信號處理設備對數字圖像進行比對計算，確定被測物理的位移量，并輸出結果。

所述步驟1)中，圖像采集時，利用激光光源照射被測物體；將所照射到的被測物體表面成像到CCD/CMOS圖像傳感器上，當被測物體移動時，CCD/CMOS圖像傳感器得到多幀連續圖案序列。

所述步驟2)中，數字圖像處理過程為

CCD/CMOS圖像傳感器將連續的圖像在其坐標空間和性質空間都離散化為數字圖像，它是照射物體表面形貌的可視數字化表達；每幅圖像可以用一個二維數組f(x，y)來表示，x和y為二維二維空間XY中的一個離散坐標點的位置，而f(x，y)則代表圖像在點(x，y)的顏色、亮度等屬性；一個二維數字圖像是由像素組成的二維矩陣，用M行N列像素矩陣F可表示為：

它表示一幅圖像在XY中屬性的分布模式，對于單色圖像而言，每個像素的亮度用一個數值來表示，通常數值范圍在0-255之間，0表示黑、255表示白，其他值表示灰度。

所述步驟3)中，位移量測定過程為，

圖像傳感器上的每幀圖像都離散化為像素點陣列組成的數字圖像，通過數字信號處理器DSP對獲取的圖片進行濾波、增強、恢復等圖像預處理后，對前后兩幅圖片進行圖像匹配相關分析，可計算出相鄰兩幅圖像相對移動的像素點個數；

根據已知的象素點間距即可得到相鄰圖像的運動距離，在確定的光路系統中景物到圖像的放大倍數是一定的，圖像的位移量與物體的移動量具有一一對應的關系，從而通過精確的圖像分析即可以判斷計算物體移動的方向以及位移，利用前一幅圖像和后一幅圖像進行象素特征點對比，從而計算出物體移動的方向和距離。

所述步驟9)中，圖像的位移量計算過程為，數字圖像信號處理設備分析像素矩陣[Fi]；

當像素矩陣值[Fi]＝[Fi-1]時，返回步驟1)；當像素矩陣值[Fi]≠[Fi-1]時，

數字圖像信號處理設備根據[Fi]-[Fi-1]偏差量，計算位移量；

然后將[Fi-1]保存到[Fi]；

輸出位移量。

本發明測距儀由三個主要部分組成：成像設備、數字圖像信號處理設備和位移數據輸出接口設備。