[发明专利]基于数字图像快速匹配算法的位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移传感器，尤其是基于数字图像快速匹配算法的位移传感器。

背景技术

目前，市场上主要用于工程中高精度、大量程的位移计产品有可变式线性差动变压器（LVDT）、容栅式位移计、光栅位移计和滑动电阻位移计。上述产品各有自身特点和缺陷，直线位移计适用于条件恶劣环境，但线性度不高，时漂和温漂都比较大，稳定性差；容栅式位移计精度较高，温漂小，但耐湿度差；光栅位移计精度较高，稳定性好，但抗干扰冲击差；滑动电阻位移计存在温漂和长期接触磨损问题。另外，所述以上位移计只允许测量一个方向位移，使用场合受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于数字图像快速匹配算法的位移传感器。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种基于数字图像快速匹配算法的位移传感器，包括：

收容各部件的壳体；

图像采集系统，接收光线并将图像信号转换成数字信号，并基于硬件描述语言图像处理器，采用数字图像快速匹配算法，计算连续两张图像偏移量；

光照装置，设置在所述图像采集系统和所述可连续移动的图像采集界面反射光线的途径处，发出光线，经光学镜头形成有效的光学路径；

可连续移动的图像采集界面，接收所述光照装置发射出的光线并反射至所述图像采集系统；

控制处理系统，分别和所述图像采集系统、光照装置连接。

进一步地，上述光照装置和所述可连续移动的图像采集界面之间设置透明固件。

进一步地，上述图像采集系统包括图像处理器和成像系统，上述成像系统接收光线，上述图像处理器计算图像位移偏移量。

进一步地，上述图像处理器为实现图像位置变换算法的基于硬件描述语言的图像处理器CPLD或FPGA或ASIC。

进一步地，上述成像系统包括光/电转换装置，上述光/电转换装置接收对所述可连续移动的图像采集界面反射光线进行光电转换。

进一步地，上述成像系统包括A/D转换装置，上述A/D转换装置将上述光/电转换装置输出的电信号转换成数字信号输出。

进一步地，上述成像系统包括同步装置，上述同步装置可将所述光/电转换装置、A/D转换装置、扫描装置动作同步。

进一步地，上述成像系统包括扫描装置，上述扫描装置可通过对整幅图像的扫描将被采集对象空间坐标离散，并获得每一个采样点的光强度值。

进一步地，上述光照装置包括光源和一组光学镜头，若被测物感光表面材料为一般粗糙纹理，则上述光源使用可见光或红外光光源；若被测物感光表面材料为玻璃或金属等较光滑表面，则上述光源使用激光光源。

进一步地，上述控制处理系统包括控制器、储存电路、显示电路和通信电路，所述控制器通过接插件和所述图像采集系统以及光照装置相连接。

一种使用所述基于数字图像快速匹配算法的位移传感器的位移测量方法，步骤包括：

（1）将控制器初始化；

（2）打开光照装置；

（3）读取图像处理器存储单元，获取当前图像和前一帧图像相比较的横向位移偏移量x、纵向位移偏移量y；

（4）判断x、y是否发生变化；

（5）若否，则放弃记录本次的x、y；

（6）若是，记录此时x和y的值；

（7）与上一次储存器记录的位移量进行相关计算，得到当前横向位移量和纵向位移量。

进一步地，上述位移偏移量的计算如下所示：

设f(n₁,n₂)表示一个M×N的实际图像,g(n₁,n₂)表示一个M×N的参考图像，|x|和|y|表示实际图像相对于参考图像在X轴和Y轴偏移量，R(x,y)表示相交图像匹配度量值，(i,j)为实时图像和参考图像相交图像像素点坐标。实时图像相对参考图像的位移分别对应四个象限的表达式如下： 

第一象限：