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      基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的制作方法

      文檔序號:6081204閱讀:171來源:國知局
      專利名稱:基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實用新型涉及一種位移傳感器,尤其是基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器。
      背景技術(shù)
      目前,市場上主要用于工程中高精度、大量程的位移計產(chǎn)品有可變式線性差動變壓器(LVDT)、容柵式位移計、光柵位移計和滑動電阻位移計。上述產(chǎn)品各有自身特點和缺陷,直線位移計適用于條件惡劣環(huán)境,但線性度不高,時漂和溫漂都比較大,穩(wěn)定性差;容柵式位移計精度較高,溫漂小,但耐濕度差;光柵位移計精度較高,穩(wěn)定性好,但抗干擾沖擊差;滑動電阻位移計存在溫漂和長期接觸磨損問題。另外,所述以上位移計只允許測量一個方向位移,使用場合受到限制。

      實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器。本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,包括:收容各部件的殼體;圖像采集系統(tǒng),接收光線并將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并基于硬件描述語言圖像處理器,采用數(shù)字圖像快速匹配算法,計算連續(xù)兩張圖像偏移量;光照裝置,設(shè)置在所述圖像采集系統(tǒng)和所述可連續(xù)移動的圖像采集界面反射光線的途徑處,發(fā)出光線,經(jīng)光學鏡頭形成有效的光學路徑;可連續(xù)移動的圖像采集界面,接收所述光照裝置發(fā)射出的光線并反射至所述圖像米集系統(tǒng);控制處理系統(tǒng),分別和所述圖像采集系統(tǒng)、光照裝置連接。進一步地,上述光照裝置和所述可連續(xù)移動的圖像采集界面之間設(shè)置透明固件。進一步地,上述圖像采集系統(tǒng)包括圖像處理器和成像系統(tǒng),上述成像系統(tǒng)接收光線,上述圖像處理器計算圖像位移偏移量。進一步地,上述圖像處理器為實現(xiàn)圖像位置變換算法的基于硬件描述語言的圖像處理器CPLD或FPGA或ASIC。進一步地,上述成像系統(tǒng)包括光/電轉(zhuǎn)換裝置,上述光/電轉(zhuǎn)換裝置接收對所述可連續(xù)移動的圖像采集界面反射光線進行光電轉(zhuǎn)換。進一步地,上述成像系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換裝置,上述A/D轉(zhuǎn)換裝置將上述光/電轉(zhuǎn)換裝置輸出的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。進一步地,上述成像系統(tǒng)包括同步裝置,上述同步裝置可將所述光/電轉(zhuǎn)換裝置、A/D轉(zhuǎn)換裝置、掃描裝置動作同步。[0017]進一步地,上述成像系統(tǒng)包括掃描裝置,上述掃描裝置可通過對整幅圖像的掃描將被采集對象空間坐標離散,并獲得每一個采樣點的光強度值。進一步地,上述光照裝置包括光源和一組光學鏡頭,若被測物感光表面材料為一般粗糙紋理,則上述光源使用可見光或紅外光光源;若被測物感光表面材料為玻璃或金屬等較光滑表面,則上述光源使用激光光源。進一步地,上述控制處理系統(tǒng)包括控制器、儲存電路、顯示電路和通信電路,所述控制器通過接插件和所述圖像采集系統(tǒng)以及光照裝置相連接。本實用新型的有益效果:利用圖像位置變換原理,可設(shè)計二維測量的位移傳感器;本實用新型對于被測對象照射表面的介質(zhì)要求不高,所以可供選擇加工使用的材料很多;同時由于采用非接觸式測量方法,避免了因機械磨損帶來的測量誤差;圖像位置變換處理算法采用基于硬件描述語言的圖像處理器,提高算法處理速度,保證長時間工作的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的實時性;而且為滿足測試精度要求,針對不同被測表面選擇可見光、紅外光或激光作為光源,使得光學感應器得到的圖像更容易辨別,提高定位精準性。

      圖1為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器正視圖;圖2為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的剖視圖;圖3為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的局部放大剖視圖;圖4為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器工作原理示意圖;圖5為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的圖像成像原理示意圖;圖6為實施案例2使用基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的位移測量方法的流程示意圖;圖7為實施案例2實時圖像相對參考圖像的四象限位移偏移量說明圖;圖8為實施案例2圖像傳感X軸方向上前后兩幅圖像的位置關(guān)系示意圖。
      具體實施方式
      下面根據(jù)附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。實施案例1:圖1為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的正視圖,圖2為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的剖視圖,參照圖1、圖2,本實用新型,基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,包括:收容各部件的殼體I ;圖像采集系統(tǒng)5,接收光線并將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并基于硬件描述語言圖像處理器53,采用數(shù)字圖像快速匹配算法,計算前一張數(shù)字圖像和后一張數(shù)字圖像的偏移量;光照裝置51,設(shè)置在所述圖像采集系統(tǒng)5和所述可連續(xù)移動的圖像采集界面2反射光線的途徑處,發(fā)出光線,經(jīng)光學鏡頭形成有效的光學路徑;[0036]可連續(xù)移動的圖像采集界面2,接收所述光照裝置51發(fā)射出的光線并反射至所述圖像采集系統(tǒng)5 ;控制處理系統(tǒng)50,分別和所述圖像采集系統(tǒng)5和光照裝置51連接。圖3為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的局部放大剖視圖,參照圖3,并結(jié)合圖1、圖2,其中,上述光照裝置51和上述可連續(xù)移動的圖像采集界面2之間設(shè)置有透明固件9。透明固件9的設(shè)置使得在相同感光介質(zhì)條件下,保持光照裝置51與可連續(xù)移動的圖像采集界面2的有效距離,可以使成像系統(tǒng)分辨率保持恒定,不僅能夠減少激光的散射,減少傳感器測試精度誤差,集中激光能量,而且能夠保證激光反射光路距離要求,保證圖像清晰度。圖4為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器工作原理示意圖,參照圖4,并結(jié)合圖1、圖2,關(guān)于圖像采集系統(tǒng)5,上述圖像采集系統(tǒng)5包括成像系統(tǒng)52和圖像處理器53。成像系統(tǒng)52接收光線并將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,圖像處理器53采用基于硬件描述語言圖像處理器CPLD或FPGA或ASIC,實現(xiàn)數(shù)字圖像快速匹配算法,計算連續(xù)兩張圖像的偏移量。圖像處理器53具有強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度,其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令,遠遠超過通用微處理器。圖5為實施案例I基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的圖像成像原理示意圖,參照圖5,并結(jié)合圖1、圖2,上述光照裝置51包括激光透鏡41、圖像透鏡42和光源40,上述激光透鏡41設(shè)置在上述光照裝置51發(fā)出至上述可連續(xù)移動的圖像采集界面2光線的途徑,上述圖像透鏡42設(shè)置在上述被可連續(xù)移動的圖像采集界面2反射至上述成像系統(tǒng)52光線的途徑。若被測物圖像采集界面2材料為一般粗糙紋理,則上述光源40使用可見光源或紅外光源;若被測物圖像采集界面2材料為玻璃或金屬等較光滑表面,則上述光源40使用激光光源。當測量位移時,將移動測桿3與被測物體接觸,被測物體移動時,與其接觸的移動測桿3也隨之移動,移動測桿3的移動帶動殼體I內(nèi)的圖像采集界面2,也就是激光照射表面發(fā)生改變。激光經(jīng)過激光透鏡41照射在圖像采集界面上,然后由該表面反射透過圖像透鏡42,發(fā)射的光被成像系統(tǒng)52接收形成圖像。隨著照射界面的改變,成像系統(tǒng)52記錄連續(xù)不同的圖像。再參照圖4,并結(jié)合圖1、圖2,具體的,成像系統(tǒng)52包括光/電轉(zhuǎn)換裝置88、A/D轉(zhuǎn)換裝置84、同步裝置86和掃描裝置87,所述光/電轉(zhuǎn)換裝置88接收所述可連續(xù)移動的圖像采集界面2反射光線進行光電轉(zhuǎn)換。成像系統(tǒng)52還包括A/D轉(zhuǎn)換裝置84,上述A/D轉(zhuǎn)換裝置84將上述光/電轉(zhuǎn)換裝置88輸出的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。成像系統(tǒng)52還包括同步裝置86,上述同步裝置86可將上述光/電轉(zhuǎn)換裝置88、A/D轉(zhuǎn)換裝置84、掃描裝置87動作同步。并且,成像系統(tǒng)52還包括掃描裝置87,上述掃描裝置87可通過對整幅圖像的掃描將被采集對象空間坐標離散,并獲得每一個采樣點的光強度值。光/電轉(zhuǎn)換裝置88、A/D轉(zhuǎn)換裝置84、同步裝置86和掃描裝置87將接收到的模擬圖像數(shù)字化,即將一幅圖像以數(shù)字信號的形式表示。同步裝置86提供整個圖像采集系統(tǒng)5的時鐘同步信號,以使系統(tǒng)中的所有部件同步動作;掃描裝置87是圖像采集系統(tǒng)5的固有部分,它通過對整幅圖像的掃描實現(xiàn)被采集對象空間坐標的離散化,并獲得每一個采樣點的光強度值;光/電轉(zhuǎn)換裝置88負責把掃描系統(tǒng)輸出的與采樣點屬于對應的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并提供必要的放大電路處理,以與A/D轉(zhuǎn)換裝置84相匹配。從光/電轉(zhuǎn)換裝置88輸出的電信號進入A/D轉(zhuǎn)換裝置84,經(jīng)過采樣/保持,A/D轉(zhuǎn)換后,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。A/D轉(zhuǎn)換裝置84包括門電路、延遲電路、采樣/保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路部分(圖中未顯示)。在某一同步時刻,米樣/保持電路對光/電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)輸出的電信號進行米樣,獲得瞬時電壓值進行A/D轉(zhuǎn)換。如果在轉(zhuǎn)換過程中,電壓值發(fā)生了變化,則產(chǎn)生的解惑就會雜亂無章。因此,采樣/保持電路在一個采樣間隔內(nèi)保持時刻獲得的瞬時電壓不變,A/D轉(zhuǎn)換電路在一個采樣間隔內(nèi)將這個電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸出。再參照圖4,并結(jié)合圖1、圖2,關(guān)于控制處理系統(tǒng)50,控制處理系統(tǒng)50包括控制器82、儲存電路83、通信電路81和顯示電路80,上述所述控制器82通過接插件和所述圖像采集系統(tǒng)5以及光照裝置51相連接。實施案例2:圖6為實施案例2使用基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的位移測量方法的流程示意圖,參照圖6,使用基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器的位移測量方法,步驟包括:(I)將控制器初始化;(2)打開光照裝置;(3)讀取圖像處理器存儲單元,獲取當前圖像和前一幀圖像相比較的橫向位移偏移量X、縱向位移偏移量y ;(4)判斷X、y是否發(fā)生變化;(5)若否,則放棄記錄本次的X、y ;(6)若是,記錄此時X和y的值;(7)與上一次儲存器記錄的位移量進行相關(guān)計算,得到當前橫向位移量和縱向位移量。本實用新型基于數(shù)字圖像快速匹配算法,就是尋求兩幅圖像的相似或相同部分的位移偏移量;互相關(guān)是基本的配準法,許多算法都采用相關(guān)作為基本的相似性測度工具。設(shè)F(I^n2)表不一個MXN的實際圖像,GOi1, n2)表不一個MXN的參考圖像。|x|和Iyl表示實際圖像相對于參考圖像在X軸和Y軸偏移量,R(x,y)表示相交圖像匹配度量值。(i, j)為實時圖像和參考圖像相交圖像像素點坐標,實時圖像相對參考圖像的位移分別對應如圖1-4所示的四象限情況,則(i, j)相對于在實時圖像和參考圖像中像素點的表達方式如下:第一象限:
      權(quán)利要求1.一種基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,包括: 收容各部件的殼體; 圖像采集系統(tǒng),接收光線并將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并基于硬件描述語言圖像處理器,采用數(shù)字圖像快速匹配算法,計算連續(xù)兩張圖像偏移量; 光照裝置,設(shè)置在所述圖像采集系統(tǒng)和所述可連續(xù)移動的圖像采集界面反射光線的途徑處,發(fā)出光線,經(jīng)光學鏡頭形成有效的光學路徑; 可連續(xù)移動的圖像采集界面,接收所述光照裝置發(fā)射出的光線并反射至所述圖像采集系統(tǒng); 控制處理系統(tǒng),分別和所述圖像采集系統(tǒng)、光照裝置連接。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,所述光照裝置和所述可連續(xù)移動的圖像采集界面之間設(shè)置透明固件。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,所述圖像采集系統(tǒng)包括圖像處理器和成像系統(tǒng)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,所述圖像處理器為實現(xiàn)圖像位置變換算法的基于硬件描述語言的圖像處理器CPLD或FPGA或ASIC0
      5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,所述成像系統(tǒng)包括光/電轉(zhuǎn)換裝置、A/D轉(zhuǎn)換裝置、同步裝置和掃描裝置,所述光/電轉(zhuǎn)換裝置接收對所述可連續(xù)移動的圖像采集界面反射光線進行光電轉(zhuǎn)換,所述A/D轉(zhuǎn)換裝置將上述光/電轉(zhuǎn)換裝置輸出的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出,所述同步裝置可將所述光/電轉(zhuǎn)換裝置、A/D轉(zhuǎn)換裝置、掃描·裝置動作同步,所述掃描裝置可通過對整幅圖像的掃描將被采集對象空間坐標離散,并獲得每一個采樣點的光強度值。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,所述光照系統(tǒng)由光源和一組光學鏡頭組成。
      7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,若被測物感光表面材料為一般粗糙紋理,則所述光照裝置使用可見光源或紅外光源;若被測物感光表面材料為玻璃或金屬等較光滑表面,則所述光照裝置使用激光光源。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,其特征在于,所述控制處理系統(tǒng)包括控制器、儲存電路、顯示電路和通信電路,所述控制器通過接插件和所述圖像采集系統(tǒng)以及光照裝置相連接。
      專利摘要本實用新型公開了一種基于數(shù)字圖像快速匹配算法的位移傳感器,包括收容各部件的殼體;圖像采集系統(tǒng),接收光線并將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并基于硬件描述語言圖像處理器,采用數(shù)字圖像快速匹配算法,計算連續(xù)兩張圖像的偏移量;光照裝置,設(shè)置在所述圖像采集系統(tǒng)和所述可連續(xù)移動的圖像采集界面反射光線的途徑處,發(fā)出光線,經(jīng)光學鏡頭形成有效的光學路徑;可連續(xù)移動的圖像采集界面,接收所述光照裝置發(fā)射出的光線并反射至所述圖像采集系統(tǒng);控制處理系統(tǒng),分別和所述圖像采集系統(tǒng)、光照裝置連接。本實用新型的有益效果在于,可實現(xiàn)二維測量的位移傳感器,利用圖像位置變換原理實現(xiàn)位移測量。
      文檔編號G01B11/02GK203163695SQ20132016661
      公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
      發(fā)明者曹光暄, 常月, 廖旭濤, 徐文華, 于鵬 申請人:安徽省城建設(shè)計研究院
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