[發(fā)明專利]一種柔順定位平臺位移的魯棒測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710402876.2
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107328365B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設計）人: 張憲民;張翔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G06T7/70
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發(fā)明公開了一種柔順定位平臺位移的魯棒測量方法，包括步驟：1)采用RPT算法分別獲取模板圖像和待測圖像的圓投影向量；2)重建圓投影向量模型并對步驟1)中獲取的兩個圓投影向量分別校正噪聲干擾項和光照干擾項；3)利用歸一化相關函數(shù)和匹配位置驗證策略尋找步驟2)中相似性最大位置，即為整數(shù)級像素的位移值；4)利用步驟3)的結果，進一步采用基于圖像梯度函數(shù)的亞像素算法獲取亞像素級的位移；5)根據(jù)步驟3)與步驟4)的結果計算得到最終位移值。本發(fā)明采用校正后的RPT算法和基于圖像梯度函數(shù)的亞像素級位移測量方法，實現(xiàn)柔順微納定位系統(tǒng)位移的精確地測量。

技術領域

本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理和圖像精密測量的技術領域，尤其是指一種柔順定位平臺位移的魯棒測量方法。

背景技術

柔順定位平臺在微納操作領域中占據(jù)了重要的地位。由于柔順機構的存在，使得該定位平臺具有無需裝配，連接鉸鏈少，良好的潤滑，無摩擦等特點，目前已被廣泛應用在微外科手術，微裝配和微制造等領域中。國內外有很多學者對柔順定位平臺做了研究。一般地，我們評價柔順定位平臺的性能時，把位移作為一項非常重要的指標。然而由于柔順機構的特殊結構，使得測量微位移變得異常困難，傳統(tǒng)的測量方法將不再適用。

目前我們常采用的測量微位移的方法主要有:1)電容式位移傳感器：測量分辨率達納米級，使用時需要與一些輔助件如放大器或外接振蕩器等配合使用，輔助件的數(shù)目也隨測量自由度的增加而增加，從而造成測量不便。2)激光干涉儀：測量精度同樣可以達到納米級，但是該系統(tǒng)僅能在同一時刻測量一個自由度上的位移，如果有多個自由度上的待測目標時，每次測量結束后，需要重新調整該系統(tǒng)中激光源、干涉鏡和反射鏡的位置進行下一個自由度的測量，調整過程比較復雜。3)基于計算機視覺的方法：分辨率達微米級，可同時測量多個自由度的位移，但當待測目標發(fā)生旋轉時，或測量環(huán)境中存在光照和噪聲干擾時，多數(shù)算法將失效。因此，以上三類方法均無法應用在柔順定位平臺位移的測量中。

本發(fā)明提供一種柔順定位平臺位移的魯棒測量方法，該方法主要包括三個部分:1)整數(shù)級像素的位移獲取；2)亞像素級的位移獲取；3)算法的實現(xiàn)。采用校正后的RPT(Ringprojection transform)算法和基于圖像梯度函數(shù)的亞像素算法，從而精確地測量柔順定位平臺的位移。此外，該算法可以集成至一套光學測量系統(tǒng)中，便于實現(xiàn)，能同時測量多個自由度方向上的位移，也能對測量結果進行驗證。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種柔順定位平臺位移的魯棒測量方法，該方法能有效解決傳統(tǒng)測量方法設備安裝復雜，無法進行多自由度同時測量，抗光照、噪聲變化能力差，精度低和無法測量旋轉目標的位移等問題。本發(fā)明在傳統(tǒng)的RPT算法基礎上，采用校正噪聲干擾項和光照干擾項的方法進行改進，結合一種匹配位置驗證策略，從而獲得整數(shù)級像素的位移，同時采用一種基于圖像梯度函數(shù)的算法獲取亞像素級的位移，最終實現(xiàn)柔順定位平臺位移的精確測量。該方法實現(xiàn)簡單，測量精度高，抗干擾能力強，具有旋轉不變性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為：一種柔順定位平臺位移的魯棒測量方法，包括以下步驟：

1)采用RPT算法分別獲取模板圖像和待測圖像的圓投影向量；

2)重建圓投影向量模型并對步驟1)中獲取的兩個圓投影向量分別校正噪聲干擾項和光照干擾項；

3)利用歸一化相關函數(shù)和匹配位置驗證策略尋找步驟2)中相似性最大位置，即為整數(shù)級像素的位移；

4)利用步驟3)的結果，進一步采用基于圖像梯度函數(shù)的亞像素算法獲取亞像素級的位移；

5)根據(jù)步驟3)與步驟4)的結果計算得到最終位移。

在步驟1)中，分別計算模板圖像和待測圖像的圓投影向量，包括以下步驟：

1.1)在極坐標系中表示