[发明专利]一种柔顺定位平台位移的鲁棒测量方法

说明书

本发明公开了一种柔顺定位平台位移的鲁棒测量方法，包括步骤：1)采用RPT算法分别获取模板图像和待测图像的圆投影向量；2)重建圆投影向量模型并对步骤1)中获取的两个圆投影向量分别校正噪声干扰项和光照干扰项；3)利用归一化相关函数和匹配位置验证策略寻找步骤2)中相似性最大位置，即为整数级像素的位移值；4)利用步骤3)的结果，进一步采用基于图像梯度函数的亚像素算法获取亚像素级的位移；5)根据步骤3)与步骤4)的结果计算得到最终位移值。本发明采用校正后的RPT算法和基于图像梯度函数的亚像素级位移测量方法，实现柔顺微纳定位系统位移的精确地测量。

技术领域

本发明涉及数字图像处理和图像精密测量的技术领域，尤其是指一种柔顺定位平台位移的鲁棒测量方法。

背景技术

柔顺定位平台在微纳操作领域中占据了重要的地位。由于柔顺机构的存在，使得该定位平台具有无需装配，连接铰链少，良好的润滑，无摩擦等特点，目前已被广泛应用在微外科手术，微装配和微制造等领域中。国内外有很多学者对柔顺定位平台做了研究。一般地，我们评价柔顺定位平台的性能时，把位移作为一项非常重要的指标。然而由于柔顺机构的特殊结构，使得测量微位移变得异常困难，传统的测量方法将不再适用。

目前我们常采用的测量微位移的方法主要有:1)电容式位移传感器：测量分辨率达纳米级，使用时需要与一些辅助件如放大器或外接振荡器等配合使用，辅助件的数目也随测量自由度的增加而增加，从而造成测量不便。2)激光干涉仪：测量精度同样可以达到纳米级，但是该系统仅能在同一时刻测量一个自由度上的位移，如果有多个自由度上的待测目标时，每次测量结束后，需要重新调整该系统中激光源、干涉镜和反射镜的位置进行下一个自由度的测量，调整过程比较复杂。3)基于计算机视觉的方法：分辨率达微米级，可同时测量多个自由度的位移，但当待测目标发生旋转时，或测量环境中存在光照和噪声干扰时，多数算法将失效。因此，以上三类方法均无法应用在柔顺定位平台位移的测量中。

本发明提供一种柔顺定位平台位移的鲁棒测量方法，该方法主要包括三个部分:1)整数级像素的位移获取；2)亚像素级的位移获取；3)算法的实现。采用校正后的RPT(Ringprojection transform)算法和基于图像梯度函数的亚像素算法，从而精确地测量柔顺定位平台的位移。此外，该算法可以集成至一套光学测量系统中，便于实现，能同时测量多个自由度方向上的位移，也能对测量结果进行验证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种柔顺定位平台位移的鲁棒测量方法，该方法能有效解决传统测量方法设备安装复杂，无法进行多自由度同时测量，抗光照、噪声变化能力差，精度低和无法测量旋转目标的位移等问题。本发明在传统的RPT算法基础上，采用校正噪声干扰项和光照干扰项的方法进行改进，结合一种匹配位置验证策略，从而获得整数级像素的位移，同时采用一种基于图像梯度函数的算法获取亚像素级的位移，最终实现柔顺定位平台位移的精确测量。该方法实现简单，测量精度高，抗干扰能力强，具有旋转不变性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种柔顺定位平台位移的鲁棒测量方法，包括以下步骤：

1)采用RPT算法分别获取模板图像和待测图像的圆投影向量；

2)重建圆投影向量模型并对步骤1)中获取的两个圆投影向量分别校正噪声干扰项和光照干扰项；

3)利用归一化相关函数和匹配位置验证策略寻找步骤2)中相似性最大位置，即为整数级像素的位移；

4)利用步骤3)的结果，进一步采用基于图像梯度函数的亚像素算法获取亚像素级的位移；

5)根据步骤3)与步骤4)的结果计算得到最终位移。

在步骤1)中，分别计算模板图像和待测图像的圆投影向量，包括以下步骤：

1.1)在极坐标系中表示