[發(fā)明專利]測(cè)量亞像素位移的峰谷運(yùn)動(dòng)探測(cè)方法及裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910190924.1
• 申請(qǐng)日: 2009-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN102022981A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾藝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶工商大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及采用計(jì)算機(jī)攝像頭無接觸測(cè)量物體的二維微小位移的方法及其裝置。

背景技術(shù)

計(jì)算機(jī)攝像頭在近幾年迅速地獲得了普及，一般用于網(wǎng)絡(luò)視頻聊天或監(jiān)視拍攝工作，其核心是CCD和CMOS光電成像芯片，即光電傳感器陣列。而在其前面發(fā)明的光學(xué)定向裝置的核心也是光電探測(cè)像素陣列，用于探測(cè)它相對(duì)所在表面的二維移動(dòng)。因此，考察光學(xué)定向裝置有益于開闊攝像頭的應(yīng)用。

U.S.Pat.No.5,288,993揭示了一個(gè)利用光探測(cè)器陣列的光標(biāo)定向裝置，其結(jié)構(gòu)中有一個(gè)被照明的靶球，該靶球必須具有隨機(jī)分布的斑紋。U.S.Pat.No.5,703,356進(jìn)一步揭示了一個(gè)鼠標(biāo)形式的光學(xué)定向裝置，它不需要靶球，它所利用的光是直接地從定向裝置所移動(dòng)的表面上反射來的。上述美國(guó)專利基于所謂的“邊運(yùn)動(dòng)探測(cè)技術(shù)”來提取與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息，所述邊被定義為光探測(cè)陣列里兩個(gè)像素之間的空間強(qiáng)度的差，這些邊的每一個(gè)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)被跟蹤和測(cè)量，籍此確定代表光探測(cè)陣列與所在表面的被照明部分之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的總的位移。

根據(jù)U.S.Pat.No.5,288,993，分別沿著光電傳感器陣列的第一個(gè)軸和第二個(gè)軸排列的像素對(duì)之間確定“邊”，光電傳感器陣列可以是正交的也可以不是正交的。該專利中的邊E_x和E_y定義為位于兩個(gè)最鄰近的像素的中間。根據(jù)U.S.Pat.No.5,288,993和U.S.Pat.No.5,703,356，一方面，計(jì)算沿著第一個(gè)軸的正方向運(yùn)動(dòng)的邊Ex的數(shù)目與沿著第一個(gè)軸的相反的方向運(yùn)動(dòng)的邊Ex的數(shù)目之間的歸一化差，另一方面，計(jì)算沿著第二個(gè)軸的正方向運(yùn)動(dòng)的邊E_y的數(shù)目與沿著第二個(gè)軸的相反的方向運(yùn)動(dòng)的邊E_y的數(shù)目之間的歸一化差，比較光電傳感器陣列里這些邊在相繼的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的位置可以確定邊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

典型的光學(xué)定向裝置包括一個(gè)光源，例如紅外線LED，該光源根據(jù)一個(gè)確定的順序間歇地照明表面的一部分，光電探測(cè)陣列的像素信號(hào)根據(jù)所確定的順序被取樣，提供了用于比較的相繼的兩幀邊的圖像，從而確定陣列相對(duì)表面的運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)上述兩個(gè)美國(guó)專利的一個(gè)方案，采用差分技術(shù)有利于確定兩個(gè)像素之間的一個(gè)邊的條件。其關(guān)于邊的定義是：如果兩個(gè)光敏單元的強(qiáng)度的比率大于某個(gè)確定了的值，這兩個(gè)像素之間存在一個(gè)邊。文獻(xiàn)中還給出了關(guān)于邊沿著水平的或垂直的方向的定義表示式，并指出，上述條件E_x和E_y并不依賴于邊的方向或意義，只是表明兩個(gè)像素之間是否存在一個(gè)邊。

上述“邊”的定義和運(yùn)動(dòng)探測(cè)算法在光學(xué)跟蹤球里取得了成功。光學(xué)跟蹤球是探測(cè)一個(gè)受用戶操作的被照明了的球的光強(qiáng)圖案。上述定義與算法需要被探測(cè)的光強(qiáng)圖案顯示出清晰的精細(xì)的光強(qiáng)差異。因此，球的表面被覆蓋了一種色彩的隨機(jī)性標(biāo)志圖案，以顯示出有別于背景的對(duì)比度。此外，這些標(biāo)記大多呈斑點(diǎn)的形式，需要一個(gè)預(yù)定的大小。U.S.Pat.No.5,288,993中的斑點(diǎn)大小在0.5mm²-0.7mm²，密度約為1個(gè)斑點(diǎn)/mm²；這些標(biāo)記的大小相對(duì)地獨(dú)立于球的直徑，但是，主要取決于光電探測(cè)器陣列的分辨率和大小。U.S.Pat.No.5,703,356提出，一個(gè)單獨(dú)的斑點(diǎn)在傳感器上的像最小地應(yīng)當(dāng)覆蓋兩個(gè)鄰近像素之間中心到中心的距離(pixel?pitch)。實(shí)際上，優(yōu)先選擇的典型的斑點(diǎn)的大小應(yīng)當(dāng)使得該點(diǎn)的像的表面覆蓋大約5個(gè)像素。在此條件下，邊的數(shù)目保持充分地不變，充分地小于像素的數(shù)目，從而可以被確定并用于探測(cè)運(yùn)動(dòng)。

上述探測(cè)運(yùn)動(dòng)的方案應(yīng)用到光學(xué)定向裝置，如果被照明的表面不出現(xiàn)一個(gè)預(yù)定的圖案，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)嚴(yán)重的問題；例如，“無球”鼠標(biāo)直接地使用從一個(gè)隨機(jī)的表面，例如紙的或桌子的表面，反射來的光。U.S.Pat.No.5,703,356描述了一個(gè)不需要任何球的的光學(xué)鼠標(biāo)，但是，該方案需要被照明的表面顯示出一個(gè)合適的圖案，該圖案具有充分?jǐn)?shù)目的暗的和亮的區(qū)域，這些區(qū)域大小充分。

任何情形下，對(duì)于一個(gè)沒有特征的表面，應(yīng)用上述技術(shù)的時(shí)候，上述定義的邊實(shí)際上在每一個(gè)像素之間都能夠被探測(cè)到。因此，如果不能夠清晰地探測(cè)到并跟蹤具體的和很好定義的邊的圖案，就不可能導(dǎo)出關(guān)于光學(xué)探測(cè)器件和被照明表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的任何測(cè)量。因此，上述運(yùn)動(dòng)探測(cè)技術(shù)不可能獲得實(shí)際的應(yīng)用。