專利名稱：使用目標(biāo)圖案感知二維絕對位置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用目標(biāo)圖案感知二維絕對位置的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用中，需要精確測量物體的位置。例如，很多制造工藝需要精確定位運動臺架(moving stage)。用于確定運動物體的位置的若干技術(shù)已被開發(fā)出。下面將論述這些技術(shù)中的一些。
在某些現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)鼠標(biāo)設(shè)備中，由鼠標(biāo)墊的表面不規(guī)則性構(gòu)成的隨機二維圖案被數(shù)碼相機持續(xù)捕獲到連續(xù)的N×N像素陣列中。存儲器深度至少比當(dāng)前陣列大1。九個二維相關(guān)性(例如在下述每個方向上一個步驟左、右、上、下、兩對角線的方向以及“不變”)被計算。通過觀察這九個相關(guān)性的最大值，可以確定鼠標(biāo)行進的方向。利用相關(guān)性值的插值，可以將行進長度估計到一個傳感器像素的一小部分。該用于確定位置的方法是遞增的，并且非絕對的，并且?guī)g的行進通常不能超過一個像素，否則可能會導(dǎo)致誤差。
在某些其他現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用中，使用特定目標(biāo)來取代隨機目標(biāo)。例如，某些一維遞增編碼器使用一維正弦曲線的兩個正交的光柵來產(chǎn)生兩個連續(xù)的圖像灰度。對灰度的已知強度曲線的校準(zhǔn)使得能夠插值到小于一個周期，并且可能由兩個正交信號形成的適當(dāng)行進方向上的周期計數(shù)能夠確定粗略位置和精細(xì)位置。該方法在工業(yè)中非常常用，它也是如同鼠標(biāo)一樣遞增測量的技術(shù)，也受到相同的限制。為了將一維編碼器技術(shù)用于二維應(yīng)用，一般需要繁重的機械處理。
在某些其他現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用中，為了對二維絕對位置編碼，減少對整個目標(biāo)的所有N×N圖案執(zhí)行二維相關(guān)性的需求，使用了位置標(biāo)簽代碼。該代碼被周期性地交織到隨機或周期性的精細(xì)灰度背景中。一個或多個(還未知的)位置代碼被首先識別出，并從圖像中提取出，并且其內(nèi)容隨后被解密。然后，更精確地找到該代碼在圖像中的位置，并且通過推導(dǎo)，建立圖像位置。
通過觀察相關(guān)性函數(shù)的類似形狀，若干現(xiàn)有技術(shù)的方法通過觀察相關(guān)性函數(shù)的類似形狀在離散相關(guān)性之間插值。目標(biāo)圖案的交叉相關(guān)降低了該方法的準(zhǔn)確性，并且必須被仔細(xì)控制。
用于確定位置的現(xiàn)有系統(tǒng)(例如上述那些系統(tǒng))通常并不非常有效，它們需要相對較大的存儲器，并且在這些系統(tǒng)中的某些系統(tǒng)中使用的目標(biāo)很復(fù)雜而難以得出和使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種形式提供了一種用于感知二維絕對位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有二維目標(biāo)圖案的目標(biāo)。傳感器捕獲目標(biāo)圖案的第一子集的圖像?？刂破魃纱韥碜栽搱D像的多行像素值之和的第一圖像向量、以及代表來自該圖像的多列像素值之和的第二圖像向量。控制器被配置為基于第一和第二圖像向量以及代表目標(biāo)圖案的多個目標(biāo)向量，來確定第一子集相對于目標(biāo)圖案原點的絕對二維位置。


圖1的簡化圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于找到臺架相對于6個自由度的“家”位置。
圖2的簡化圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳感器。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的55×55像素3灰度(三進制的)目標(biāo)。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的711×711像素3灰度(三進制的)目標(biāo)。
圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例如圖4A所示目標(biāo)的圓圈部分的放大視圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的55×55像素2灰度(二進制的)目標(biāo)。
圖6的框圖根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了如圖1所示的位置數(shù)據(jù)生成器的主要組件。
圖7的示意圖根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了在圖6中以方框形式示出的風(fēng)偏方向(windage)的粗略主定位器的主要組件。
圖8的示意圖根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了在圖6中以方框形式示出的風(fēng)偏方向的粗略次定位器的主要組件。
圖9的示意圖根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了在圖6中以方框形式示出的仰角方向(elevation)的粗略主定位器的主要組件。
圖10的示意圖根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了在圖6中以方框形式示出的仰角方向的粗略次定位器的主要組件。
圖11根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了仰角方向的粗略選擇符的圖。
圖12根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了風(fēng)偏方向的粗略選擇符的圖。
圖13的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的SUM和NUM參數(shù)生成器。
圖14的流程圖根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了用于確定小數(shù)像素(fractional pixel)位置的方法。
圖15根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了使用如圖14所示的方法來確定示例性風(fēng)偏方向向量的小數(shù)像素位置。
具體實施例方式
在以下詳細(xì)描述中將參考構(gòu)成說明書一部分的附圖，在附圖中以舉例說明的方式示出了可以在其中實施本發(fā)明的特定實施例。將會理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用其它實施例，并可以對結(jié)構(gòu)或邏輯進行修改。因此，以下詳細(xì)描述不應(yīng)被理解為限制性的，并且本發(fā)明的范圍將由所附權(quán)利要求書限定。
本發(fā)明的一種形式提供了用于基于在物體上形成的二進制或三進制目標(biāo)的數(shù)字圖像，來確定該物體的絕對二維定位或位置的方法和裝置。在一個實施例中，傳感器捕獲目標(biāo)的一部分的圖像，并以在二維上小于像素的分辨率來確定該圖像在該目標(biāo)內(nèi)的位置。在本發(fā)明的一種形式中，位置確定是通過使用塊回歸(block regression)技術(shù)來實現(xiàn)的。在一個實施例中，先執(zhí)行第一過程以進行粗略位置確定(例如在一個像素內(nèi))，然后執(zhí)行第二過程以進行精細(xì)位置確定(例如在一個像素的一部分內(nèi))。在一個實施例中，第二過程是塊回歸的過程，該過程通過在數(shù)學(xué)上從一組冗余的數(shù)據(jù)和方程中確定出最適合的解答而將絕對位置確定向下到一個像素的一部分。
I.系統(tǒng)圖1的簡化圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)100，該系統(tǒng)用于找到物體108的絕對二維定位或位置。在所示實施例中，物體108是制造工藝中的可運動臺架，該制造工藝以很高的精確度尋找該運動臺架相對于6個自由度的“家”位置。物體108在這里還被稱為臺架108。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于需要感知絕對二維位置的其它類型的系統(tǒng)和工藝。
系統(tǒng)100包括位置數(shù)據(jù)生成器(也被稱為控制器)101和傳感器102。臺架108包括位于臺架108的一個拐角上的目標(biāo)平面或目標(biāo)表面104。目標(biāo)平面104的面積被放大以簡化目標(biāo)平面104的圖示。目標(biāo)平面104是由第一軸V0(仰角方向)和第二軸W0(風(fēng)偏方向)以二維方式限定的，其中第二軸垂直于第一軸。目標(biāo)圖案106被形成在目標(biāo)平面104上。目標(biāo)圖案106的各種實施例如圖3到5所示，隨后將參考這些附圖對其進行更詳細(xì)的描述。
在根據(jù)一個實施例的操作中，傳感器102照亮并捕獲目標(biāo)106的多個部分的圖像。在本發(fā)明的一種形式中，所捕獲的圖像被從傳感器102輸出到位置數(shù)據(jù)生成器101。位置數(shù)據(jù)生成器101處理已捕獲的目標(biāo)106的圖像，并基于捕獲的圖像來生成絕對二維目標(biāo)位置數(shù)據(jù)。目標(biāo)位置數(shù)據(jù)代表目標(biāo)106的該成像部分在風(fēng)偏方向上和仰角方向上相對于目標(biāo)106的原點的絕對位置。在本發(fā)明的一種形式中，位置數(shù)據(jù)生成器101隨后基于二維目標(biāo)位置數(shù)據(jù)確定目標(biāo)平面區(qū)域的二維絕對橫向位置。
在另一實施例中，可以使用附加的傳感器102和目標(biāo)106來測量三個目標(biāo)表面位置的二維橫向位置，從而產(chǎn)生三組風(fēng)偏方向和仰角方向數(shù)據(jù)，總共產(chǎn)生6個數(shù)字。對這6個數(shù)字的線性處理確定臺架108在6個自由度上的位置(即沿著三個垂直軸(X軸、Y軸和Z軸)的平移)，以及圍繞這三個垂直軸的旋轉(zhuǎn)(滾轉(zhuǎn)(Roll)、仰俯(Pitch)和偏航(Yaw))。
在本發(fā)明的另一實施例中，單個目標(biāo)106被置于臺架108的例如底面上，并且被系統(tǒng)100用于識別臺架108的二維絕對位置。
圖2的簡化圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳感器102。在所示實施例中，傳感器102包括光源202、圖像傳感器芯片204和光學(xué)器件206。在一個實施例中，光源202是發(fā)光二極管(LED)。在另一實施例中，傳感器102不包括光源202。在本發(fā)明的一種形式中，圖像傳感器芯片204是互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。在一個實施例中，光學(xué)器件206包括一個或多個光學(xué)透鏡。在本發(fā)明的一種形式中，光源202輸出照亮目標(biāo)106的光208。來自目標(biāo)106的反射光210被光學(xué)器件206導(dǎo)向到圖像傳感器芯片204上。基于接收到的光，圖像傳感器芯片204生成代表目標(biāo)106的一部分的數(shù)字圖像，并將該數(shù)字圖像提供到位置數(shù)據(jù)生成器101，以確定目標(biāo)106(以及相應(yīng)地確定臺架108)相對于傳感器102或相對于某個其它參考點的當(dāng)前位置。
II.目標(biāo)圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的55×55像素3灰度(三進制的)目標(biāo)106A。目標(biāo)106A代表圖1所示目標(biāo)106的第一實施例。在所示實施例中，目標(biāo)106A具有三個灰度級別，它們在這里被稱為白色、灰色和黑色。二維目標(biāo)106A包括多個垂直白線條302、多個垂直黑線條304、多個水平白線條306和多個水平黑線條308。線條302、304、306和308延伸穿過整個目標(biāo)106A，并且是在同樣延伸穿過整個目標(biāo)106A的灰色背景310(由點畫陰影所代表)上形成的。在所示實施例中，線條302和304與線條306和308垂直。為了輔助包括插值的數(shù)字編碼處理，在本發(fā)明的一種形式中，平行的黑線條和白線條永遠(yuǎn)不會相鄰。在一個實施例中，目標(biāo)106A中位于線條交叉點處的像素如下指定(1)位于黑-灰交叉點處的像素為黑色；(2)位于白-灰交叉點處的像素為白色；而(3)位于黑-白交叉點處的像素為灰色。
目標(biāo)106A在圖3中被圖示在柵格上，該柵格的水平軸(W0)代表修正或水平方向，而垂直軸(V0)代表仰角或垂直方向。軸W0和V0開始于位于目標(biāo)106A的左上角的原點處，并且正交地向外伸展。在所示實施例中，目標(biāo)106A在W0和V0維度上都是關(guān)于目標(biāo)106A的中心對稱的，并且在這兩個維度上的線條設(shè)計是相同的，這允許將公共的編碼算法用于這兩個維度。如圖3所示的正交直線條的設(shè)計圖案允許對兩個維度進行分離且獨立的一維位置處理。
在一個實施例中，線條的空間分離在數(shù)學(xué)上被合成，以使任何13個連續(xù)像素上的一維序列都不重復(fù)。因此，目標(biāo)106A的任意13×13像素(或更大)圖像都是維一的。相反，給定任意13×13像素(或更大)圖像，該圖像在目標(biāo)106A中的位置可以從直線條的圖案中唯一確定。由傳感器102(圖1)捕獲的示例性16×16圖像312如圖3所示。由于圖像312大于13×13像素，因此圖像312在目標(biāo)106A中的位置可以從線條的圖案中確定。圖像312的像素在垂直方向上和在水平方向上與目標(biāo)106A的像素對齊。圖像312的左上角像素位于該柵格的第4行和第35列。因此，根據(jù)一個實施例，圖像312相對于目標(biāo)106A的原點的位置被指定為(4，35)。圖像312的像素可以在垂直方向上或在水平方向上偏離目標(biāo)106A的像素，例如從如圖3所示的位置向左或向右移動一個像素的一部分，或者向上或向下移動一個像素的一部分。在此情況下，圖像312的位置的指定將包括一個小數(shù)值(例如4.35、35.60)。
目標(biāo)106A的中心包括三個垂直列316A，這三個垂直列在柵格上被標(biāo)注為“ccc”。列316A在名義上是灰-黑-灰，除了在與水平白色或黑色線條的交叉點的位置上之外。列316A的右方緊鄰5列316B，這5列在柵格上被標(biāo)注為“22222”。列316B在名義上是白-灰-黑-灰-灰(從中心向外數(shù))。列316B被定義為“2周期”，并且包括一個白-灰-黑列的前導(dǎo)，后面跟隨兩個灰色列。跟隨在前導(dǎo)后面的灰色列的數(shù)目用來命名周期(即跟隨在前導(dǎo)后面的2個灰色列構(gòu)成2周期)。在列316B的右方緊鄰兩組的8列316C和316D，它們在柵格上都被標(biāo)注為“55555555”。列316C和316D在名義上都是白-灰-黑-灰-灰-灰-灰-灰(從中心向外數(shù))。列316C和316D都被定義為“5周期”，并且都包括一個白-灰-黑列的前導(dǎo)，后面跟隨著5個灰色列。在列316D的右方緊鄰5列316E，它在柵格上被標(biāo)注為“22222”。列316E在名義上是白-灰-黑-灰-灰(從中心向外數(shù))。列316E被定義為“2周期”，并包括一個白-灰-黑列的前導(dǎo)，后面跟隨兩個灰色列。
因此，使用上述表示法，目標(biāo)106A具有周期序列2，5，5，2。由于線條圖案是關(guān)于目標(biāo)106A的中心對稱的，并且兩個維度共享相同的圖案，所以目標(biāo)106A的所有55列和55行由該周期序列完全指定。因此，在整個55×55目標(biāo)106A中的所有像素都由該簡明的表示法2，5，5，2來完全指定。
圖3還示出了仰角方向向量(V)314和風(fēng)偏方向向量(W)318，它們都對應(yīng)于圖像312。向量314和318被用于確定圖像312的位置，下面將參考圖6更詳細(xì)描述。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的711×711像素3灰度(三進制的)目標(biāo)106B。目標(biāo)106B代表圖1所示目標(biāo)106的第二實施例。在所示實施例中，目標(biāo)106B是圖3所示目標(biāo)106A的擴展版本，其中目標(biāo)106B的55×55像素中心部分與目標(biāo)106A相同。因此，目標(biāo)106A代表目標(biāo)106B的中心部分的放大顯示。由于目標(biāo)106B的較高分辨率以及在紙面上顯示該目標(biāo)106B的空間有限，因此該目標(biāo)的水平和垂直線條的完整圖案在圖4A中未示出。相反，目標(biāo)106B的圓圈部分的放大視圖在圖4B中示出，并且下面將描述線條的完整圖案。
在本發(fā)明的一種形式中，與目標(biāo)106A相似，目標(biāo)106B也只具有三個灰度級別，它們在這里被稱為白色、灰色和黑色。二維目標(biāo)106B包括垂直的白色線條和黑色線條，以及水平的白色線條和黑色線條。垂直和水平的線條延伸穿過整個目標(biāo)106B，并被形成在同樣延伸穿過整個目標(biāo)106B的灰色背景(在圖4B中以點畫陰影示出)上。
目標(biāo)106B具有比目標(biāo)106A更長的周期序列。在根據(jù)圖3所示的上述簡明表示法中，根據(jù)一個實施例的目標(biāo)106B由以下周期序列完全指定2，5，5，2，2，5，4，3，2，5，3，4，2，4，4，4，2，3，5，4，2，2，4，5，3，2，3，4，5，2，3，3，4，3，5，2，4，3，4，4，3，3，3，5，3，3，2，2，2，3，2，4，2，5，2，5。
注意，目標(biāo)106B的序列開始于2，5，5，2，這是較小的55×55目標(biāo)106A的序列。這確認(rèn)較小目標(biāo)106A實際上與較大711×711目標(biāo)106B的中心部分相同。
為了確保唯一性，2-、2-、4-或5-周期都是在沒有任意3個連續(xù)周期重復(fù)的情況下安排順序的。換句話說，雖然在目標(biāo)106B的周期序列中存在三個連續(xù)的2和三個連續(xù)的3，但是只存在三個連續(xù)2的一個實例和三個連續(xù)3的一個實例。類似地，目標(biāo)106B的周期序列中的三個連續(xù)數(shù)字的所有其它序列也只出現(xiàn)一次。一些較大序列，例如5，5，5或者5，5，4或者5，5，3及其排列被從目標(biāo)106B的周期序列中排除。不同的開始值(除2，5，5之外)和不同的排序標(biāo)準(zhǔn)生成其他有效的序列，并產(chǎn)生不同的目標(biāo)設(shè)計。如果6周期或更長的周期被包括進來，則可能出現(xiàn)長得多的序列(例如大得多的目標(biāo)106)。
在所示實施例中，目標(biāo)106B的任意23×23像素(或更大)圖像都是唯一的。相反，給定任意一個23×23像素(或更大)圖像，該圖像在目標(biāo)106B中的位置可以從線條圖案中唯一確定。在實踐中，噪聲微擾可能會消除掉不同序列之間的差異。任何用于增大類似序列之間的差異的措施都將放寬誤差容限，并提高系統(tǒng)的魯棒性。在一個實施例中，通過對于多個明智選擇的周期，交換(即翻轉(zhuǎn))前導(dǎo)內(nèi)的黑色和白色元素來增大類似序列之間的差異。在一個實施例中，翻轉(zhuǎn)是以關(guān)于目標(biāo)中心對稱的方式而成對完成的，從而保持目標(biāo)的整體對稱性。例如，“3周期”序列白-灰-黑-灰-灰-灰在翻轉(zhuǎn)之后變?yōu)楹?灰-白-灰-灰-灰。在根據(jù)一個實施例的整個目標(biāo)106B中存在24個翻轉(zhuǎn)周期的目標(biāo)106B用以下周期序列來指定(其中以粗體和下劃線示出經(jīng)翻轉(zhuǎn)的周期)2，5，5，2，2，5，4，3，2，5，3，4，2，4，4，4，2，3，5，4，2，2，4，5，3，2，3，4，5，2，3，3，4，3，5，2，4，3，4，4，3，3，3，5，3，3，2，2，2，3，2，4，2，5，2，5。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的55×55像素2灰度(二進制的)目標(biāo)106C。目標(biāo)106C代表圖1所示目標(biāo)106的第三實施例。目標(biāo)106C本質(zhì)上是圖3所示三進制灰度目標(biāo)106A的二進制灰度版本，其中圖3中的灰色背景區(qū)域310被具有2像素間距的黑色和白色像素的棋盤式設(shè)計所取代。在白色線條和黑色線條的每個交叉點處，交叉點處的像素被定義被白色。
3灰度級別目標(biāo)106A和106B傾向于提供比2灰度級別目標(biāo)106C更好的性能。如果黑色和白色像素的棋盤式設(shè)計的間距被設(shè)定為1個像素而非2個像素，則可以提高目標(biāo)106C的性能。
在一個實施例中，目標(biāo)106A-106C是完全確定性的。分析和仿真已經(jīng)表明，例如711×711目標(biāo)106B中的任意23×23圖像都是絕對唯一的。因此，在本發(fā)明的一種形式中，在目標(biāo)106A-106C中不使用嵌入的位置代碼來標(biāo)注位置。比最小圖像(例如32×32像素)更大的圖像提供了用于回歸算法(以下將描述)的冗余數(shù)據(jù)，從而能以“最佳適應(yīng)”的方式有效地進行操作。
在本發(fā)明的一種形式中，目標(biāo)106A-106C是通過以下方式來構(gòu)造的在玻璃基板上分別沉積半反射和高度反射的鉻以形成灰素像素和白色像素。在玻璃基板上形成有抗反射涂層以形成黑色像素。這三種反射值僅需要是名義上不同而相對一致的。在一個實施例中，不使用精確的量化關(guān)系(例如正弦曲線輪廓)。對于透射性目標(biāo)，在極端細(xì)密紋理薄膜上的數(shù)字印刷對某些應(yīng)用來說證明是便利而經(jīng)濟的。
III.位置數(shù)據(jù)生成器圖6的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例在圖1中示出的位置數(shù)據(jù)生成器101的主要組件。位置數(shù)據(jù)生成器101包括用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602、用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604、用于仰角方向的粗略主定位器606、用于仰角方向的粗略次定位器608、粗略位置數(shù)據(jù)生成器610、精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612、修正和仰角方向向量生成器614、存儲器616、移位寄存器618和計數(shù)器620。在本發(fā)明的一種形式中，位置數(shù)據(jù)生成器101首先使用兩個獨立的一維的回歸過程來確定由傳感器102捕獲的圖像的粗略位置，然后再執(zhí)行第二回歸過程來確定捕獲的圖像的精細(xì)位置。
在以下描述中，將假設(shè)傳感器102正在捕獲55×55像素目標(biāo)106A(圖3)的圖像，例如圖3所示的圖像312。圖像312的像素被極好地示為與目標(biāo)106A的像素對齊。在實踐中，圖像312的像素通常在兩個維度上都會從最佳對齊偏移。偏移量可以由精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612來準(zhǔn)確確定，下面將參考圖13到15描述。
A.粗略位置圖像312的粗略定位的目標(biāo)是要在一個像素的程度上，在風(fēng)偏方向(Lw)和仰角方向(Lv)上識別目標(biāo)106A的坐標(biāo)。為了說明粗略定位過程，將假設(shè)目標(biāo)106A的像素具有以下強度黑色像素的光強度為0；灰色像素的光強度為0.5；而白色像素的光強度為1。在實踐中，每個像素的光強度可能彼此不同，即使在來自相同目標(biāo)的同種類型的像素內(nèi)也是如此，并且灰色的強度很少恰好是一半。但是，回歸算法中的冗余使像素內(nèi)變化和灰色偏置的影響最小化。但是為了使說明清晰，強度被理想化為0、0.5和1。
在粗略定位過程期間，向量生成器614接收圖像312，并生成零均值風(fēng)偏方向向量601A(Wz)和零均值仰角方向向量601F(Vz)，它們兩個都對應(yīng)于圖像312。現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述根據(jù)一個實施例的這些零均值向量601A和601F的生成。
向量生成器614將圖像312的全部16列求和，以形成16元素的風(fēng)偏方向向量318(W)，如圖3所示。如圖3所示，圖像312的第一列包括14個白色像素和2個灰色像素。因此，風(fēng)偏方向向量318(W)中的第一元素將是“15”(即14×1+2×0.5＝15)。向量生成器614對于16列中的每一列執(zhí)行該求和，從而得到16元素的風(fēng)偏方向向量318(W)，該向量由以下方程I給出方程IW＝(15，8，1，8，8，8，8，8，15，8，1，8，8，8，8，8)其中W＝風(fēng)偏方向向量318向量生成器614還將圖像312的全部16行求和，以形成16元素的仰角方向向量314(V)，如圖3所示。圖3示出了圖像312的第一行包括2個白色像素、12個灰色像素和2個黑色像素。因此，仰角方向向量314(V)中的第一元素將是“8”(即2×1+12×0.5+2×0＝8)。向量生成器614對16行中的每一行求和，從而得到16元素的仰角方向向量314(V)，該向量由以下方程II給出方程IIV＝(8，15，8，8，8，8，8，1，8，15，8，8，8，8，8，1)其中V＝仰角方向向量314向量生成器614將風(fēng)偏方向向量318(W)(或等同地V)的全部16個元素求和，并將其和除以16以形成如以下方程III所示的整體向量平均(Vavg)(注意，在二進制表示法中，除以16僅僅是4位移位)。
方程IIIVavg＝(15+8+1+8+8+8+8+8+15+8+1+8+8+8+8+8)/16＝8向量生成器614從W和V的所有元素中減去該向量平均(Vavg)以形成零均值向量601A和601F(Wz和Vz)，分別如以下方程IV和V所示方程IVWz＝(7，0，-7，0，0，0，0，0，7，0，-7，0，0，0，0，0)其中Wz＝零均值風(fēng)偏方向向量601A方程VVz＝(0，7，0，0，0，0，0，-7，0，7，0，0，0，0，0，-7)其中Vz＝零均值仰角方向向量601F零均值向量601A和601F(Wz和Vz)代表原始16×16像素圖像312的回歸精煉版本，并且被用于定位兩個目標(biāo)圖像坐標(biāo)Lw和Lv。在一個實施例中，圖像312的原始圖像元素具有8位精度，而上述求和添加了2位精度。零均值風(fēng)偏方向向量601A(Wz)被向量生成器614輸出到用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602以及用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604。零均值仰角方向向量601F(Vz)被向量生成器614輸出到用于仰角方向的粗略主定位器606和用于仰角方向的粗略次定位器608。風(fēng)偏方向向量318(W)和仰角方向向量314(V)被向量生成器614輸出到精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612。圖6中的某些元件之間的連接未被示出，以簡化位置數(shù)據(jù)生成器101的圖示。
在本發(fā)明的一種形式中，基于目標(biāo)106A的特性而確定了多個序列或向量，這些序列或向量被存儲在存儲器616中。在一個實施例中，這些序列包括第一主序列601B(M1)、第二主序列601C(M2)、第一次序列601D(demi1)和第二次序列601E(demi2)。在本發(fā)明的一種形式中，不同圖像312的零均值向量601A和601F(Wz和Vz)可能依賴于該圖像312在目標(biāo)106A中的位置而有所不同，而序列601B、601C、601D和601E是預(yù)先計算的常數(shù)序列或向量，其被存儲在存儲器616中，并且不會隨圖像312而變化。如圖6所示，序列601B、601C、601D和601E被從存儲器616輸出到移位寄存器618中。被計數(shù)器620所尋址的移位寄存器618將這四個序列601B、601C、601D和601E同步移位到定位器602、604、606和608中的一個適當(dāng)?shù)亩ㄎ黄髦?。主序?01B和601C(M1和M2)被移位到用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602和用于仰角方向的粗略主定位器606中，而次序列601D和601E(demi1和demi2)被移位到用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604和用于仰角方向的粗略次定位器608中。序列601B、601C、601D和601E的值的確定下面將更詳細(xì)描述。
如上參考圖3所述，目標(biāo)106A具有2，5，5，2周期序列。在用符號完整表示時，2，5，5，2周期序列表示為55元素的三進制序列M3，如以下方程VI(其中添加了空格以增強可讀性)所示方程VIM3＝(0，0，-1，0，1，0，0，0，0，0，-1，0，1，0，0，0，0，0，-1，0，1，0，0，-1，0，1，0，-1，0，1，0，-1，0，0，1，0，-1，0，0，0，0，0，1，0，-1，0，0，0，0，0，1，0，-1，0，0)序列demi3是通過(代數(shù)上)將M3的兩個連續(xù)元素相加在一起而構(gòu)建的，如以下方程VII所示方程VIIdemi3(i)＝M3(i)+M3(i+1)其中i-27≤i≤+26demi3(27)被定義為1注意，所生成的序列demi3也是三進制的。所生成的序列demi3由以下方程VIII給出方程VIIIdemi3＝(0，-1，-1，1，1，0，0，0，0，-1，-1，1，1，0，0，0，0，-1，-1，1，1，0，-1，-1，1，1，-1，-1，1，1，-1，-1，0，1，1，-1，-1，0，0，0，0，1，1，-1，-1，0，0，0，0，1，1，-1，-1，0，1)三進制邏輯在工業(yè)中不常見。向更常見的二進制邏輯的轉(zhuǎn)換有助于利用更容易獲得的數(shù)字二進制邏輯電路的實現(xiàn)方式。用于轉(zhuǎn)換的邏輯方程如以下表I所示表I三進制的M3 二進制的M2M1-1 1 10 0 01 0 1不關(guān)心1 0使用表I中給出的轉(zhuǎn)換，在方程VI中定義的三進制序列M3可以被轉(zhuǎn)換為兩個二進制序列601B和601C(M1和M2)，分別如以下方程IX和X所示方程IXM1＝(0，0，1，0，1，0，0，0，0，0，1，0，1，0，0，0，0，0，1，0，1，0，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，0，1，0，1，0，0，0，0，0，1，0，1，0，0，0，0，0，1，0，1，0，0)方程XM2＝(0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，1，0，0，0，1，0，0，0，1，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，1，0，0)在方程VIII中定義的三進制序列demi3可以以相同方式被轉(zhuǎn)換為兩個二進制序列601D和601E(demi1和demi2)，分別如以下方程XI和XII所示方程XIdemi1＝(0，1，1，1，1，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，0，0，1，1，1，1，0，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，0，1，1，1，1，0，0，0，0，1，1，1，1，0，0，0，0，1，1，1，1，0，1)
方程XIIdemi2＝(0，1，1，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0，0，1，1，0，0，1，1，0，0，1，1，0，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0，0，0，0，0，1，1，0，0)在一個實施例中，這四個固定序列601B(M1)、601C(M2)、601D(demi1)和601E(demi2)與向量601A(Wz)和601F(Vz)一起被用于在修正(水平的)和仰角(垂直的)方向上粗略定位(例如在1個像素內(nèi))圖像312。由于在一個實施例中，目標(biāo)圖案在任意維度上都是相同的，因此可以對兩個維度使用公共的算法。在本發(fā)明的一種形式中，硬件需求不多，并且可以并行執(zhí)行以下參考圖7到10將描述的四個操作。
次序列601D和601E在定位位于兩個相鄰目標(biāo)像素之間一半附近的圖像312時是最好的。次序列601D和601E還有助于在每個維度上確定主向量601B和601C中包圍圖像312的兩個正確的連續(xù)16元素子集，而不僅僅是主向量中最近的一個子集。
如圖6所示，用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602生成多個主風(fēng)偏方向選擇符值603A(SMW(j))，其中“j”是用于標(biāo)識各個的選擇符值的索引，并且將選擇符值603A輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610。用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604生成多個次風(fēng)偏方向選擇符值603B(SDW(j))，并將選擇符值603B輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610。用于仰角方向的粗略主定位器606生成多個主仰角方向選擇符值603C(SMV(j))，并將選擇符值603C輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610。用于仰角方向的粗略次定位器608生成多個次仰角方向選擇符值603D(SDV(j))，并將選擇符值603D輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610。由定位器602、604、606和608分別執(zhí)行的選擇符值603A、603B、603C和603D的生成將在下面參考圖7到圖10來更詳細(xì)的描述。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了在圖6中以方框形式示出的用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602的主要組件的示意圖。用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602有效地定位在水平方向上未嚴(yán)重偏離水平目標(biāo)柵格的圖像。如圖7所示，用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602包括一個加法器702、一行加法器704、一行加法器706、一行OR門708、一行AND門710、一行延遲(D)元件712、一行XNOR門714和一行延遲元件716。
零均值風(fēng)偏方向向量601A(Wz)的1 6個元素在圖7中被示為Wz(16)、Wz(15)、…、Wz(1)。在一個實施例中，向量601A的每個元素被以4個最低有效位填充，這4個最低有效位等于其最高有效位。序列601B和601C(M1和M2)的最初16位被同時移位到定位器602中，這致使定位器602生成第一主風(fēng)偏方向選擇符603A(SMW(1))。對于所有39(即55-16)個滯后(lag)，序列601B和601C(M1和M2)繼續(xù)分別移位通過流水線型延遲元件712。
通過使用一行AND門710，序列601B(M1)只激活向量601A(Wz)中的合適元素以用于累積。通過使用一行XNOR門714，序列601C(M2)確定累積的極性。將會意識到，僅僅對向量601A(Wz)的一個元素中的所有位求反不會改變2的補數(shù)的符號，因為在最低有效位少1。但是，如上所述那樣用一些最低有效位填充這些元素會使該差錯最小化。
注意，在序列601B(M1)中不存在相鄰的“1”(參見方程IX)。因此，在所示實施例中，第一級求和是利用簡單的OR函數(shù)實現(xiàn)的，如一行OR門708所示。級聯(lián)的4級求和(由一行OR門708和三行加法器706、704和702代表)最終產(chǎn)生主風(fēng)偏方向選擇符603A(SMW(j))的39個值，其中每個滯后j對應(yīng)于一個值。
主風(fēng)偏方向選擇符值603A(SMW(j))被用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610(圖6)。主風(fēng)偏方向選擇符值603A的運行最大值(SMW(jMW))被粗略位置數(shù)據(jù)生成器610所跟蹤和記錄，當(dāng)出現(xiàn)最大值時的值jMW也被一道跟蹤和記錄。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了在圖6中以方框形式示出的用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604的主要組件的示意圖。用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604有效地定位在水平目標(biāo)柵格之間的一半附近的圖像。如圖8所示，用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604包括一個加法器802、一行加法器804、一行加法器806、一行加法器808、一行AND門810、一行延遲(D)元件812、一行XNOR門814和一行延遲元件816。
用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604以與上述參考圖7所述的用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602相同的方式進行操作，但是不像定位器602那樣使用主序列601B和601C(M1和M2)，而是定位器604使用兩個次序列601D和601E(demi1和demi2)來實現(xiàn)零均值風(fēng)偏方向向量601A(Wz)中的正確元素的求和并控制求和符號。與第一主序列601B(M1)不同，第一次序列601D(demi1)的兩個相鄰值可能都是非零的(參見方程XI)。因此，第一求和級被示為一行加法器808，而不是如圖7所示的一行OR門708。
以與上述參考圖7所述相同的方式，利用每個滯后移位生成新的次風(fēng)偏方向選擇符值603B(SDW(j))，從而產(chǎn)生次風(fēng)偏方向選擇符603B(SDW(j))的全部39個值，其中每個滯后j對應(yīng)于一個值。次風(fēng)偏方向選擇符值603B(SDW(j))被用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610(圖6)。次風(fēng)偏方向選擇符值603B(SDW(jDW))的運行最大值被粗略位置數(shù)據(jù)生成器610所跟蹤和記錄，當(dāng)出現(xiàn)最大值時的值jDW也被一道跟蹤和記錄。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例，在圖6中以方框形式示出的用于仰角方向的粗略主定位器606的主要組件的示意圖。用于仰角方向的粗略主定位器606有效地定位在垂直方向上未嚴(yán)重偏離垂直目標(biāo)柵格的圖像。如圖9所示，用于仰角方向的粗略主定位器606包括一個加法器902、一行加法器904、一行加法器906、一行OR門908、一行AND門910、一行延遲(D)元件912、一行XNOR門914和一行延遲元件916。
用于仰角方向的粗略主定位器606以與圖7所示的用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602相同的方式被配置，但是用于仰角方向的粗略主定位器606工作在零均值仰角方向向量601F(Vz)上，而不是如用于風(fēng)偏方向的粗略主定位器602一樣工作在零均值風(fēng)偏方向向量601A(Wz)上。
利用每次滯后移位生成新的主仰角方向選擇符值603C(SMV(j))，從而產(chǎn)生主仰角方向選擇符603C(SMV(j))的全部39個值，其中每個滯后j對應(yīng)于一個值。主仰角方向選擇符值603C(SMV(j))被用于仰角方向的粗略主定位器606輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610(圖6)。主仰角方向選擇符值603C(SMV(jDW))的運行最大值被粗略位置數(shù)據(jù)生成器610所跟蹤和記錄，當(dāng)出現(xiàn)最大值時的值jMV也被一道跟蹤和記錄。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了在圖6中以方框形式示出的用于仰角方向的粗略次定位器608的主要組件的示意圖。用于仰角方向的粗略次定位器608有效地定位在垂直目標(biāo)柵格之間的一半附近的圖像。如圖10所示，用于仰角方向的粗略次定位器608包括一個加法器1002、一行加法器1004、一行加法器1006、一行加法器1008、一行AND門1010、一行延遲(D)元件1012、一行XNOR門1014和一行延遲元件1016。
用于仰角方向的粗略次定位器608以與圖8所示用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604相同的方式被配置，但是用于仰角方向的粗略次定位器608工作在零均值仰角方向向量601F(Vz)上，而不是如用于風(fēng)偏方向的粗略次定位器604那樣工作在零均值風(fēng)偏方向向量601A(Wz)上。
利用每次滯后移位生成新的次仰角方向選擇符值603D(SDV(j))，從而產(chǎn)生次仰角方向選擇符603D(SDV(j))的全部39個值，其中每個滯后j對應(yīng)于一個值。次仰角方向選擇符值603D(SDV(j))被用于仰角方向的粗略次定位器608輸出到粗略位置數(shù)據(jù)生成器610(圖6)。次仰角方向選擇符值603D(SDV(jDV))的運行最大值被粗略位置數(shù)據(jù)生成器610所跟蹤和記錄，當(dāng)出現(xiàn)最大值時的值jDV也被一道跟蹤和記錄。
在一個實施例中，粗略定位處理是通過使用非零均值的風(fēng)偏方向和仰角方向向量來實現(xiàn)的。在此過程中，與各自的向量整體平均Vavg(方程III)和每個滯后中的子集代碼的和之間的乘積相等的項被從選擇值中減去。該乘積是在M1和M2(或demi1和demi2)向量移位通過所有滯后時由動態(tài)受控于M1和M2(或demi1和demi2)向量的將風(fēng)偏方向(或仰角方向)的值Vavg累加起來的累加器產(chǎn)生的。
在一個實施例中，分別如圖7到10所示的四個定位器602、604、606和608同時工作，以生成選擇符值603A、603B、603C和603D。在定位器602、604、606和608已經(jīng)分別生成所有選擇符值603A、603B、603C和603D之后，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610將已經(jīng)識別出最大選擇符值603A(SMW(jMW))、最大選擇符值603B(SDW(jDW))、最大選擇符值603C(SMV(jMV))和最大選擇符值603D(SDV(jDV))。在本發(fā)明的一種形式中，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610基于最大選擇符值603A(SMW(jMW))與最大選擇符值603B(SDW(jDW))×0.7071的比較來確定粗略風(fēng)偏方向的位置，并基于最大選擇符值603C(SMV(jMV))與最大選擇符值603D(SDV(jDV))×0.7071的比較來確定粗略仰角方向的位置。
除了最大風(fēng)偏方向選擇符值603A(SMW(jMW))和603B(SDW(jDW))之外，還另外存在一位信息Qw，該一位信息在完成粗略風(fēng)偏方向位置確定的過程中被使用。在一個實施例中，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610將最大風(fēng)偏方向選擇符值603B(SDW(jMW))與該最大值之前的一個風(fēng)偏方向選擇符值603B(即SDW(jMW-1))相比較。如果SDW(jMW)大于SDW(jMW-1)，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610則向變量Qw分配值“0”。如果SDW(jMW)小于SDW(jMW-1)，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610則向變量Qw分配值“-1”。
最終的粗略風(fēng)偏方向位置Lw是由粗略位置數(shù)據(jù)生成器610按以下方式建立的(1)如果最大SDW(jDW)/大于最大SMW(jMW)，則jDW＜LW＜jDW+1；(2)如果最大SMW(jMW)大于SDW(jDW)/，則jMW+Qw＜LW＜jMW+Qw+1。
除了最大仰角方向選擇符值603C(SMV(jMV))和603D(SDV(jDV))之外，還另外存在一位信息QV，該一位信息在完成粗略仰角方向位置確定的過程中被使用。在一個實施例中，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610將最大仰角方向選擇符值603D(SDV(jMV))與該最大值之前的一個仰角方向選擇符值603D(即SDV(jMV-1))相比較。如果SDV(jMV)大于SDV(jMV-1)，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610則向變量QV分配值“0”。如果SDV(jMV)小于SDV(jMV-1)，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610則向變量QV分配值“-1”。
最終的粗略仰角方向位置LV是由粗略位置數(shù)據(jù)生成器610按以下方式建立的(1)如果最大SDV(jDV)/大于最大SMV(jMV)，則jDV＜LV＜jDV+1；(2)如果最大SMV(jMV)大于最大SDV(jDV)/，則jMV+QV＜LV＜jMV+QV+1。
注意，在分別與主選擇符SMW(jMW)和SMV(jMV)比較之前，次選擇符SDW(jDW)和SDV(jDV)被乘以因子“1/”。這樣做的原因是次選擇符代表兩個正交向量的相加，因此次選擇符是主選擇符的倍。
使用上述粗略定位過程，粗略風(fēng)偏方向LW和粗略仰角方向LV都是在一個像素的程度上被粗略位置數(shù)據(jù)生成器610所定位的。坐標(biāo)LW和LV在一個像素的程度上提供了目標(biāo)106A中的圖像部分相對于目標(biāo)106A的原點的絕對粗略位置的下限。在本發(fā)明的一種形式中，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612還將位置向下細(xì)化到小數(shù)像素的精度。由生成器612確定的被稱為λW和λV的小數(shù)像素被分別添加到LW和LV，以在兩個維度上生成精細(xì)的絕對位置。
對于圖1所示樣本圖像312的粗略定位過程如圖11和12所示。圖11根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了圖像312的用于仰角方向的粗略選擇符603C和603D(SMV(j)和SDV(j))的圖。圖11中的縱軸代表選擇符的值，而橫軸代表滯后號j。曲線1102是對于所有40個滯后j，主仰角方向選擇符值603C(SMV(j))的曲線。曲線1104是對于所有40個滯后j，次仰角方向選擇符值603D(SDV(j))除以的曲線。出現(xiàn)在圖11所示曲線中的最大值是第四滯后的主仰角方向選擇符SMV(4)，它由標(biāo)號1106所標(biāo)識。由于圖像312一點都沒偏離目標(biāo)柵格，而是與目標(biāo)柵格對齊，因此次仰角方向選擇符603D(SDV(j))對位置確定沒有影響，并且粗略仰角方向LV等于“4”。
圖12根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了用于風(fēng)偏方向的粗略選擇符603A和603B(SMW(j)和SDW(j))的圖。圖12中的縱軸代表選擇符的值，而橫軸代表滯后號j。曲線1202是對于所有40個滯后j，主風(fēng)偏方向選擇符值603A(SMW(j))的曲線。曲線1204是對于所有40個滯后j，次風(fēng)偏方向選擇符值603B(SDW(j))除以的曲線。
出現(xiàn)在圖12所示曲線中的最大值是第35滯后的主風(fēng)偏方向選擇符SMV(35)，它由標(biāo)號1206所標(biāo)識。由于圖像312一點都沒偏離目標(biāo)柵格，而是與目標(biāo)柵格對齊，因此次風(fēng)偏方向選擇符603B(SDW(j))對位置確定沒有影響，并且粗略風(fēng)偏方向LW等于“35”。因此，圖像312位于絕對位置(4，35)。
B.精細(xì)位置下面將根據(jù)本發(fā)明一個實施例描述由精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612(圖6)執(zhí)行的精細(xì)位置確定過程。由于在一個實施例中對風(fēng)偏方向和仰角方向使用相同的過程，因此只描述精細(xì)風(fēng)偏方向的確定。在上述粗略位置確定之后，圖像位置被包圍在M3(方程VI)的兩個連續(xù)的相互重疊的16元素向量之間，從而得到總共17(三進制的)個元素。M3的這17個被選出的元素對應(yīng)于M1(方程IX)和M2(方程X)中的兩個17元素的二進制向量。M1和M2的這些被選子集分別被標(biāo)注為MS1和MS2，其中“S”代表“被選的”。用于風(fēng)偏方向的被選子集是MS1W和MS2W，而用于仰角方向的被選子集是MS1V和MS2V。在本發(fā)明的一種形式中，粗略位置數(shù)據(jù)生成器610確定MS1W611A(圖6)、MS2W611B、MS1V611C、MS2V611D，并將這四個向量輸出到精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612。如圖6所示，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612還接收風(fēng)偏方向向量318(W)和仰角方向向量314(V)。
一般而言，被捕獲的圖像312通常不會恰好沿著如圖3所示的目標(biāo)像素線條。在這種情況下，圖像312在風(fēng)偏方向緯度上的位置可以被進一步細(xì)化為一個目標(biāo)像素的一部分613A(λW) (即0≤λW＜1)，以及在仰角方向緯度上被細(xì)化為一個目標(biāo)像素的一部分613B(λV)。假設(shè)從粗略位置過程中已經(jīng)確定風(fēng)偏方向上的位置在第35和第36滯后之間(即，圖像312從圖3所示的位置向右偏移一個像素中的一部分)。該小數(shù)λW可以使用已知的分別對應(yīng)于第35和第36滯后的被選向量MS1W和MS2W而通過線性回歸來估計出。
在一個實施例中，用于確定精細(xì)位置的過程在風(fēng)偏方向緯度上和在仰角方向緯度上是相同的。因此，在以下描述中，被選向量MS1和MS2以及小數(shù)像素位置λ都不再使用下標(biāo)W和下標(biāo)V。將會理解，以下描述和方程可應(yīng)用于風(fēng)偏方向，也可應(yīng)用于仰角方向。
計算出的風(fēng)偏方向向量(W)和未知的白色、灰色和黑色像素的傳感器記錄之間的關(guān)系如以下方程XIII所示方程XIII[w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7，w8，w9，w10，w11，w12，w13，w14，w15，w16]
＝(1-λ)·[w，g，b，g，g，g，g，g，w，g，b，g，g，g，g，g]+λ·[g，b，g，g，g，g，g，w，g，b，g，g，g，g，g，w]其中w1，w2，…，w16＝計算出的風(fēng)偏方向向量(W)的值；λ＝小數(shù)像素位置；w＝未知的白色像素的傳感器記錄；g＝未知的灰色像素的傳感器記錄；以及b＝未知的黑色像素的傳感器記錄。
在一個實施例中，是將零均值風(fēng)偏方向向量Wz而不是風(fēng)偏方向向量W用于方程XIII。精細(xì)位置回歸過程不受均值影響。
方程XIII中定義的關(guān)系可以被擴展到帶有4個未知數(shù)的16個方程。在本發(fā)明的一種形式中，由線性回歸提供最佳適應(yīng)的解決方案。本發(fā)明的一個實施例使用被稱為塊回歸的線性回歸的特殊形式，這種塊回歸使用很少的計算，并且可以利用高速的數(shù)字硬件累加器和計數(shù)器來實現(xiàn)大批量的計算。
在塊回歸過程的一種形式中，通過將同種類型的方程加在一起而將16個方程減少到5個方程。以這種方式使方程相加降低了過程中的復(fù)雜性，并且使過程中的數(shù)據(jù)噪聲平均。因此，通過將同種類型的方程相加，可以以下述方程XIV給出的形式來重寫方程XIII方程XIV[w8+w16，w1+w9，w2+w10，w3+w11，w4+w5+w6+w7+w12+w13+w14+w15]＝(1-λ)·[2g，2w，2g，2b，8g]+λ·[2w，2g，2b，2g，8g]其中w1，w2，…，w16＝計算出的風(fēng)偏方向向量(W)的值；λ＝小數(shù)像素位置；w＝未知的白色像素的傳感器記錄；g＝未知的灰色像素的傳感器記錄；以及b＝未知的黑色像素的傳感器記錄。
在本發(fā)明的一種形式中，方程的求和是由圖13所示的電路自動實現(xiàn)的。圖13的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的SUM和NUM參數(shù)生成器1300。在一個實施例中，參數(shù)生成器1300是精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612(圖6)的一部分。參數(shù)生成器1300包括5個累加器1314、1316、1318、1350和1352；5個計數(shù)器1320、1322、1324、1354和1356；3個AND門1328、1330和1332；處于AND門輸入端的4個反相器1334、1336、1338和1340；以及2個延遲(D)元件1344和1348。
參數(shù)生成器1300的輸入包括非零均值風(fēng)偏方向向量1326(W)以及兩個17位的被選二進制目標(biāo)向量1342和1346(MS1和MS2)。參數(shù)生成器1300的輸出包括5個總和1302、1304、1306、1358和1360(在這里還分別被稱為SUMI、SUMV、SUMII、SUMIII和SUMIV)以及5個數(shù)字或“num”1308、1310、1312、1362和1364(在這里還分別被稱為NUMII、NUMV、NUMI、NUMIV和NUMIII)。
風(fēng)偏方向向量1326(W)被移位到5個累加器1314、1316、1318、1350和1352中的每個累加器中。每個被選二進制目標(biāo)向量1342和1346(MS1和MS2)的17位被同時移位到參數(shù)生成器1300中。在任意給定時刻，每個向量1342和1346中的兩個連續(xù)元素分別被延遲元件1344和1348所分離。在每個時鐘周期期間，考慮向量1342和1346(MS1和MS2)中的以下4位MS1(j)、MS1(j-1)、MS2(j)和MS2(j-1)；其中j是用于標(biāo)識被選二進制目標(biāo)向量1342和1346(MS1和MS2)中的一位的索引。該索引j的運行長度為16個時鐘，從由粗略位置數(shù)據(jù)生成器610確定的值開始。被考慮的4位的邏輯組合標(biāo)識出轉(zhuǎn)換類型(例如灰到白、白到灰、灰到黑、黑到灰或灰到灰)，并且有選擇地使能和禁止5個累加器1314、1316、1318、1350和1352以及5個計數(shù)器1320、1322、1324、1354和1356的時鐘，以生成總共10個值1302、1304、1306、1358、1360、1308、1310、1312、1362和1364。
AND門1328接收MS1(j)和反相的-MS2(j)，并且在AND門1328的輸出為高(對應(yīng)于第一轉(zhuǎn)換類型)時使能累加器1314和計數(shù)器1324。AND門1330接收反相的-MS1(j)和反相的-MS1(j-1)，并且在AND門1330的輸出為高(對應(yīng)于第五轉(zhuǎn)換類型)時使能累加器1316和計數(shù)器1322。AND門1332接收MS1(j-1)和反相的MS2(j-1)，并且在AND門1332的輸出為高(對應(yīng)于第二轉(zhuǎn)換類型)時使能累加器1318和計數(shù)器1320。累加器1352和計數(shù)器1354在MS2(j-1)為高(對應(yīng)于第四轉(zhuǎn)換類型)時被使能。累加器1350和計數(shù)器1356在MS2(j)為高(對應(yīng)于第三轉(zhuǎn)換類型)時被使能。
以下表II示出了從左到右像素轉(zhuǎn)換的5種可能類型I到V，以及用于轉(zhuǎn)換的相應(yīng)邏輯使能方程表II類型 轉(zhuǎn)換邏輯使能方程I g到w類型I使能＝MS1(j)AND NOT MS2(j)II w到g類型II使能＝MS1(j-1)AND NOT MS2(j-1)IIIg到b類型III使能＝MS2(j)IV b到g類型IV使能＝MS2(j-1)V g到g類型V使能＝NOT MS1(j)AND NOT MS1(j-1)在表II中示出的5種類型的轉(zhuǎn)換分別使能5個計數(shù)器1320、1322、1324、1354和1356的時鐘，以生成5個數(shù)字1308、1310、1312、1362和1364。相同的轉(zhuǎn)換分別使能5個累加器1314、1316、1318、1350和1352的時鐘，以累加風(fēng)偏方向向量1326(W)的元素，從而生成5個總和1302、1304、1306、1358和1360。
零均值風(fēng)偏方向向量(Wz)也可以被用于生成器1300，以取代風(fēng)偏方向向量(W)。為了生成用于仰角方向的NUM和SUM參數(shù)1308、1310、1312、1362、1364、1302、1304、1306、1358和1360，風(fēng)偏方向向量1326(W)被仰角方向向量(V)或零均值仰角方向向量(Vz)所取代。以上描述假設(shè)55×55像素目標(biāo)106A(圖3)正被使用。對于711×711像素目標(biāo)106B(圖4A)，可以使用相同的電路1300，但是運行的索引j跨越窮盡修正向量1326(W)的32個元素的32個值。根據(jù)本發(fā)明一種形式，參數(shù)生成器1300的用于生成5個SUM參數(shù)1302、1304、1306、1358和1360以及5個NUM參數(shù)1308、1310、1312、1362和1364的操作以下述偽代碼示例I的計算機偽代碼來代表偽代碼示例IFor I＝1 to 32If Type(i)＝I，SumI＝SumI+W(i)
NumI＝NumI+1If Type(i)＝II，SumII＝SumII+W(i)NumI＝NumI+1If Type(i)＝III，SumIII＝SumIII+W(i)NumIII＝NumIII+1If Type(i)＝IV，SumIV＝SumIV+W(i)NumIV＝NumIV+1If Type(i)＝V，SumV＝SumV+W(i)NumV＝NumV+1End loop i在本發(fā)明的一種形式中，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612從由參數(shù)生成器1300生成的5個NUM和5個SUM參數(shù)1308、1310、1312、1362、1364、1302、1304、1306、1358和1360中確定小數(shù)像素位置λ。圖14的流程圖根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了用于確定小數(shù)像素位置λ的方法1400。在一個實施例中，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612被配置為執(zhí)行方法1400。
在方法1400中的1401處，通過將同樣類型的方程相加，由以上方程XIII定義的16個方程被減少到5個方程(方程XIV)。在本發(fā)明的一種形式中，在1401處方程的減少是由圖13所示的參數(shù)生成器電路1300執(zhí)行的(即，在一個實施例中，方程通過硬件“分類”而被減少)。
在方法1400中的1402處(該步驟被稱為“灰色”步驟)，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612確定方程XIV中的未知灰度級別g。在一個實施例中，生成器612基于以下方程XV來建立未知灰度級別g
方程XVg＝SUMV/NUMV根據(jù)一個實施例，方程XV中的除數(shù)將是2、3、4、5、6、7或8。
在步驟1404處(該步驟被稱為“均衡(even up)”步驟)，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612使用在1402處確定的灰度級別g的值，將以上方程XIV所定義的5個方程減少到4個方程。在一個實施例中，這4個方程由以下方程XVI到XIX給出方程XVISUMI＝SUMI-g·NUMI方程XVIISUMII＝SUMII-g·NUMII方程XVIIISUMIII＝SUMIII-g·NUMIII方程XIXSUMIV＝SUMIV-g·NUMIV在1406處(該步驟被稱為“匹配”步驟)，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612使NUMI等于NUMII，并使NUMIII等于NUMIV，如以下偽代碼示例II所示偽代碼示例IIIf NUMI＞NUMIISUMII＝SUMII·(NUMI/NUMII)，NUMII＝NUMII+1，End if；If NUMII＞NUMISUMI＝SUMI·(NUMII/NUMI)，NUMI＝NUMI+1，End if；If NUMIII＞NUMIVSUMIV＝SUMIV·(NUMIII/NUMIV)，
NUMIV＝NUMIV+1，End if；If NUMIV＞NUMIIISUMIII＝SUMIII·(NUMIV/NUMIII)，NUMIII＝NUMIII+1，End if；在1408處(該步驟被稱為“隔離”步驟)，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612基于以下方程XX和XXI，清除對應(yīng)于方程XIV的矩陣中不想要的系數(shù)方程XXSUMII＝SUMI+SUMII方程XXISUMIV＝SUMIII+SUMIV在1410處(該步驟被稱為“λ”步驟)，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612計算小數(shù)像素位置λ，如以下方程XXII所示方程XXIIλ＝(SUMI-SUMIII)/(SUMII-SUMIV)在1412處(該步驟被稱為“光強度”步驟)，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612計算方程XIV中其余的未知亮度w和b。這些亮度的確定不是位置插值所必需的，但是可以通過使用現(xiàn)在已知的小數(shù)像素位置λ(從方程XXII確定的)和最近更新的數(shù)字來確定，如以下方程XXIII和XXIV所示方程XXIIIw=g+SUMI+SUMII(1+λ)·NUMI]]>方程XXIVb=g+SUMIII+SUMIV(1+λ)·NUMIII]]>總之，在本發(fā)明的一種形式中，所有捕獲的圖像312都可以被減小到以下方程XXV(帶有10個已知的數(shù)字SUMI-SUMV和NUMI-NUMV)和4個未知數(shù)(λ、g、w和b)所給出的形式方程XXV[SUMI，SUMII，SUMIII，SUMIV，SUMV]＝(1-λ)·[NUMI·g，NUMII·w，NUMIII·g，NUMIV·b，NUMV·g]+λ·[NUMI·w，NUMII·g，NUMIII·b，NUMIV·g，NUMV·g]其中SUMI＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1302的值；SUMII＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1306的值；SUMIII＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1358的值；SUMIV＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1360的值；SUMV＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1304的值；NUMI＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1312的值；NUMII＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1308的值；NUMIII＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1364的值；NUMIV＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1362的值；NUMV＝由參數(shù)生成器1300生成的參數(shù)1310的值；λ＝小數(shù)像素位置；w＝未知的白色像素的傳感器記錄；g＝未知的灰色像素的傳感器記錄；以及b＝未知的黑色像素的傳感器記錄。
方程XXV可應(yīng)用于風(fēng)偏方向維度或仰角方向維度。在矩陣表示法中，對應(yīng)于方程XXV的方程集合由以下方程XXVI給出方程XXVISUMISUMIISUMIIISUMIVSUMV=0NUMI0NUMI-NUMI0NUMII00-NUMIINUMII00NUMIII00-NUMIIINUMIII00NUMIV0NUMIV-NUMIV0NUMV0000·wgbλwλgλb]]>在一個實施例中，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612執(zhí)行方法1400，以從方程XXVI定義的5個方程的方程組中解出所有4個未知數(shù)。
圖15根據(jù)本發(fā)明一個實施例示出了使用圖14所示的方法1400來確定用于示例性風(fēng)偏方向向量(W)的小數(shù)像素位置λ。假設(shè)示例性風(fēng)偏方向向量(W)開始于目標(biāo)106A的中心部分316A(ccc)的右方的第一白色像素，其具有很小的偏移量0.05。0.25RMS的噪聲項也被添加到該示例性風(fēng)偏方向向量(W)。該風(fēng)偏方向向量(W)由以下方程XXVII給出方程XXVIIW＝0.95·[15，8，1，8，8，15，8，1，8，8，8，8，8，15，8，1]+0.05·[8，1，8，8，15，8，1，8，8，8，8，8，15，8，1，8]+噪聲基于在以上方程XXVII中給出的風(fēng)偏方向向量(W)，參數(shù)生成器1300將生成在圖15中的表1502A的前兩列中給出的5個SUM值和5個NUM值。表1502A的第三到第八列對應(yīng)于以上在方程XXVI中給出的矩陣。因此，使用在表1502A的第二列中的NUM值，表1502A的第三到第八列已完備，如方程XXVI中的矩陣所定義。出現(xiàn)在表1502A的右側(cè)行I和II中的單詞“不匹配”指示該NUMI與NUMII不匹配(即不相等)。出現(xiàn)在表1502A的右側(cè)行III和IV中的單詞“匹配”指示該NUMIII與NUMIV匹配。在一個實施例中，不匹配的NUM值被修改為匹配的NUM值，下面將更詳細(xì)描述。
在執(zhí)行方法1400期間，表1502A中的某些值將改變，而表1502A中的其他值將保持不變。表1502A的改變由表1502B、1502C和1502D(表1502A-1502D在這里被總稱為表1502)示出。如圖15所示，從一張表1502改變到下一表中的值被圈出，并且前一表1502中未被改變的值沒有被圈出。
在方法1400中的1402處，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612確定方程XIV中的未知灰度級別g。使用以上方程XV，灰度級別g被確定為“8.01”，如圖15中的1504所指示的。
在方法1400中被稱為“均衡”步驟的1404處，使用在1402處確定的灰度級別g的值，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612將在以上方程XIV中定義的5個方程減少到4個方程。這4個方程由以上方程XVI-XIX給出?；诜匠蘕VI-XIX，SUM值被修改為如表1502B的第一列所示的值，而表的第五列被刪除。出現(xiàn)在表1502B的第四列中的值也從出現(xiàn)在前一表1502A中的值被改變。單詞“均衡”出現(xiàn)在表1502B的右側(cè)行I-IV中，其指示“均衡”步驟1404已被執(zhí)行。
在方法1400中被稱為“匹配”步驟的1406處，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612確保NUMI等于NUMII，并且NUMIII等于NUMIV，如以上偽代碼示例II所示。在匹配步驟之后，SUMI和NUMI的值改變，如表1502C所指示的那樣，并且第一行的第六和第七列中的值也改變。在表1502C的右側(cè)行I中出現(xiàn)的單詞“匹配的”指示NUMI現(xiàn)在與NUMII匹配。
在方法1400中被稱為“隔離”步驟的1408處，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612基于以上方程XX和XXI清除方程XXVI中給出的矩陣中不想要的系數(shù)。在隔離步驟之后，SUMII和SUMIV的值改變，如表1502D所指示的那樣。第二行的第六和第七列中的值和第四行的第七和第八列中的值也改變。在表1502D的右側(cè)行II和IV中出現(xiàn)的單詞“隔離的”指示這兩行已被隔離，并且不想要的系數(shù)已被從這兩行中清除。
在方法1400中被稱為“λ”步驟1410處，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612使用以上方程XXII計算小數(shù)像素位置λ。通過使用以上方程XXII，小數(shù)像素位置λ被確定為“0.054”，如圖15中的1506所示。小數(shù)像素位置λ被添加到粗略位置Lw中以形成精細(xì)風(fēng)偏方向位置。
在方法1400中被稱為“亮度”步驟的1412處，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612使用以上方程XXIII和XXIV計算其余的未知亮度w和b。通過使用以上方程XXIII和XXIV，未知亮度w和b被分別確定為“15.07”和“1.22”，如圖15中的1508所示。當(dāng)使用零均值向量Wz時，λ不會受到影響，但是亮度值將由g非常靠近零，而b為負(fù)值反映出。
因此，基于上述塊回歸過程，精細(xì)位置數(shù)據(jù)生成器612解出方程XXVI中的4個未知數(shù)(λ、g、w和b)。計算出的小數(shù)像素位置λ的值(0.054)非常接近假設(shè)偏移量的值(0.05)，但是由于添加了噪聲，因此這些值不是一樣的。
與某些使用嵌入的位置代碼來識別捕獲的圖像的位置的現(xiàn)有技術(shù)不同，在本發(fā)明的一種形式中，整個目標(biāo)上的所有N×N圖像(例如對于711×711像素目標(biāo)，N＞22)被設(shè)計為唯一的，因此不需要這種嵌入的位置代碼，并因此不需要在圖像中搜索它們并對它們解密。
在本發(fā)明的一個實施例中執(zhí)行的塊回歸處理從充足的冗余數(shù)據(jù)中提取出最佳適合的解決方案，從而有效地抑制了殘留交叉相關(guān)的影響。根據(jù)一個實施例，以2位二進制形式表示的3級(例如-1、0、1)目標(biāo)灰度能夠通過使用常用的數(shù)字邏輯門、計數(shù)器和累加器來實現(xiàn)高速的粗略位置確定和精細(xì)得多的位置確定。本發(fā)明的實施例的不多的硬件需求允許用于高吞吐量的經(jīng)濟的并行一維操作。在本發(fā)明的一種形式中，無需執(zhí)行任何二維相關(guān)就能夠執(zhí)行二維絕對位置的確定。
在本發(fā)明的一種形式中，位置編碼是自包含在每個幀中的。但是，作為副產(chǎn)品，回歸過程測量了平均灰-白-黑強度。這些值可被逐幀使用以用于更簡單而快速的編碼。在本發(fā)明的實施例中執(zhí)行的回歸處理智能地放寬了誤差容限并提高了結(jié)果的精度，并且?guī)缀醪唤档吞幚砥鹘槿氲臄?shù)學(xué)運算而實現(xiàn)了這些優(yōu)點。
雖然這里已經(jīng)示出并描述了特定的實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以用其他和/或等同實現(xiàn)方式來替換所描述和示出的特定實施例。本申請想要覆蓋這里論述的特定實施例的任意改變或變化。因此，本發(fā)明僅僅由權(quán)利要求書及其等同物來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于感知二維絕對位置的系統(tǒng)，包括具有二維目標(biāo)圖案的目標(biāo)；傳感器，用于捕獲所述目標(biāo)圖案的第一子集的圖像；以及控制器，用于生成代表來自所述圖像的多行像素值之和的第一圖像向量和代表來自所述圖像的多列像素值之和的第二圖像向量，所述控制器被配置為基于所述第一和第二圖像向量、以及代表所述目標(biāo)圖案的多個目標(biāo)向量來確定所述第一子集相對于所述目標(biāo)圖案的原點的絕對二維位置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)圖案具有少于4個灰度級別。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)圖案具有3個灰度級別。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)圖案具有2個灰度級別。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)圖案包括具有第一灰度級別的第一多個平行線條和具有第二灰度級別的第二多個平行線條，并且其中所述第一多個線條平行于所述第二多個線條。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)圖案包括具有所述第一灰度級別的第三多個平行線條和具有所述第二灰度級別的第四多個平行線條，其中所述第三多個線條平行于所述第四多個線條，并且其中所述第一和第二多個線條與所述第三和第四多個線條正交。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三和第四多個線條被形成在具有第三灰度級別的背景上。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一灰度級別是黑色，而所述第二灰度級別是白色。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中在所述目標(biāo)圖案中的平行線條之間的間隔是變化的。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)圖案在兩個維度上都關(guān)于所述目標(biāo)圖案的中心對稱。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一子集在所述目標(biāo)圖案內(nèi)是唯一的，從而使所述目標(biāo)圖案中與所述第一子集大小相同的其他子集不會與所述第一子集相同。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)圖案具有三個灰度級別，并且其中所述目標(biāo)向量是二進制向量系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括二進制邏輯，該二進制邏輯用于處理所述圖像向量和所述目標(biāo)向量。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)向量包括第一、第二、第三和第四目標(biāo)向量。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為基于所述第一圖像向量和所述第一和第二目標(biāo)向量來生成第一多個選擇值，基于所述第一圖像向量和所述第三和第四目標(biāo)向量來生成第二多個選擇值，基于所述第二圖像向量和所述第一和第二目標(biāo)向量來生成第三多個選擇值，并基于所述第二圖像向量和所述第三和第四目標(biāo)向量來生成第四多個選擇值。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為基于所述第一多個選擇值和所述第二多個選擇值的比較來確定所述第一子集在第一維度上相對于所述原點的粗略絕對位置，并基于所述第三多個選擇值和所述第四多個選擇值的比較來確定所述第一子集在第二維度上相對于所述原點的粗略絕對位置。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括多個累加器和多個計數(shù)器，所述多個累加器用于有選擇地累加所述第一圖像向量和所述第二圖像向量的元素，從而生成多個總和，而所述多個計數(shù)器用于生成多個數(shù)字。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述累加器和所述計數(shù)器都受控于所述目標(biāo)向量的被選部分，所述被選部分對應(yīng)于所述第一子集相對于所述原點的粗略絕對二維位置。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為基于所述多個總和和所述多個數(shù)字來確定所述第一子集相對于所述原點的精細(xì)絕對二維位置。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為基于兩個獨立的一維過程來確定所述第一子集的絕對二維位置。
21.一種用于確定物體的位置的方法，該方法包括在所述物體上提供二維目標(biāo)圖案；捕獲所述目標(biāo)圖案的第一部分的圖像；生成代表來自所述圖像的多行像素值之和的第一圖像向量；生成代表來自所述圖像的多列像素值之和的第二圖像向量；生成代表所述第一部分的絕對二維位置的第一組位置數(shù)據(jù)，所述第一組位置數(shù)據(jù)是基于所述第一和第二圖像向量和代表所述目標(biāo)圖案的多個目標(biāo)序列而生成的；以及生成代表所述物體的絕對二維位置的第二組位置數(shù)據(jù)，所述第二組位置數(shù)據(jù)是基于所述第一組位置數(shù)據(jù)而生成的。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述二維目標(biāo)圖案包括具有第一灰度級別的背景和形成在所述背景上的多個正交的線條，其中所述線條之間的間隔是變化的，所述多個正交線條包括具有第二灰度級別的第一子集線條和具有第三灰度級別的第二子集線條。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述多個目標(biāo)序列包括第一、第二、第三和第四二進制目標(biāo)序列，所述方法還包括基于所述第一圖像向量和所述第一和第二二進制目標(biāo)序列來生成第一多個值；基于所述第一圖像向量和所述第三和第四二進制目標(biāo)序列來生成第二多個值；基于所述第二圖像向量和所述第一和第二二進制目標(biāo)序列來生成第三多個值；以及基于所述第二圖像向量和所述第三和第四二進制目標(biāo)序列來生成第四多個值。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括基于所述第一和第二多個值的比較來確定所述第一部分在第一維度上的粗略絕對位置；以及基于所述第三和第四多個值的比較來確定所述第一部分在第二維度上的粗略絕對位置。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括基于所述目標(biāo)序列的被選子集來有選擇地累加所述第一圖像向量和所述第二圖像向量的元素，從而生成多個總和；以及通過基于所述目標(biāo)序列的被選子集有選擇地使能和禁止計數(shù)器來生成多個數(shù)字。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述目標(biāo)序列的被選子集對應(yīng)于所述第一部分的粗略絕對二維位置，所述方法還包括基于所述多個總和和多個數(shù)字來確定所述第一部分的精細(xì)絕對二維位置。
27.一種目標(biāo)，用于在確定物體相對于所述目標(biāo)的絕對二維位置時使用，所述目標(biāo)包括基面；形成在所述基面上的二維目標(biāo)圖案，該目標(biāo)圖案具有少于4個灰度級別，所述目標(biāo)圖案包括具有第一灰度級別的背景和多個形成在所述背景上的正交線條，所述多個正交線條之間的間隔是非恒定的，所述多個正交線條包括具有第二灰度級別的第一子集線條和具有第三灰度級別的第二子集線條；并且其中所述目標(biāo)圖案被配置為使得可以基于所捕獲的所述目標(biāo)圖案的子集的圖像確定物體的絕對二維位置。
28.如權(quán)利要求27所述的目標(biāo)，其中所述第二灰度級別是黑色，而所述第三灰度級別是白色。
29.如權(quán)利要求27所述的目標(biāo)，其中所述目標(biāo)圖案在兩個維度上都關(guān)于所述目標(biāo)圖案的中心對稱。
全文摘要
一種用于感知二維絕對位置的系統(tǒng)，其包括具有二維目標(biāo)圖案的目標(biāo)。傳感器捕獲目標(biāo)圖案的第一子集的圖像?？刂破魃纱韥碜詧D像的多行像素值之和的第一圖像向量和代表來自圖像的多列像素值之和的第二圖像向量。該控制器被配置為基于第一和第二圖像向量、以及代表目標(biāo)圖案的多個目標(biāo)向量，來確定第一子集相對于目標(biāo)圖案的原點的絕對二維位置。
文檔編號G06F3/033GK1851399SQ20051013013
公開日2006年10月25日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者戴維·C·初, 埃文·R·韋特尼 申請人:安捷倫科技有限公司