[发明专利]一种基于光栅图像的位移测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于光栅图像的位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取模板图像，包括：标定待测物的初始位置，并采集待测物的光栅图像，所述光栅图像包括目标特征，所述目标特征是所述光栅图像中不同于光栅条纹的标记，获取所述目标特征的初始像素位置；

S2，沿光栅条纹方向依次计算所述模板图像中每一列像素的灰度平均值，构建模板向量；

S3，采集所述待测物位移后的光栅图像；

S4，沿光栅条纹方向依次计算所述待测物位移后的光栅图像中每一列像素的灰度平均值，构建待测向量；

S5，计算所述待测向量与所述模板向量的归一化相关系数，其中所述归一化相关系数最大值对应的像素位置即为所述待测物位移后的目标特征的像素位置；

S6，将待测物位移后的目标特征的像素位置与目标特征初始像素位置相减，得到目标特征的相对像素位移，基于所述相对像素位移和所述待测物的初始位置，得到待测物位移后的绝对位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

沿垂直于光栅条纹方向将所述待测物位移后的光栅图像均匀切分成n个子图像，n为正整数；

对所述n个子图像分别执行所述步骤S4-S5，得到所述n个子图像对应的n个归一化相关系数最大值，所述n个归一化相关系数最大值中的最大值对应的像素位置即为所述待测物位移后的目标特征的像素位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对所述模板向量和/或待测向量进行预处理，以消除灰度不均匀导致的向量分布畸变。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的预处理如下式所示：

V₂＝V₁-V₁*G

V₁表示预处理前的向量，V₂表示预处理之后的向量，*表示卷积运算，G表示尺寸为3×T₀高斯核，T₀表示光栅条纹周期。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5还包括：对所述待测物位移后的目标特征的像素位置进行细化搜索，使匹配精度达到亚像素级，得到最终的目标特征的像素位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述细化搜索的方法包括增强相关系数或三次样条差值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：在计算所述待测向量与所述模板向量的归一化相关系数之前，对所述模板向量和所述待测向量分别进行错位相减。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述错位相减，根据下式得到：

V_T＝V′_T(kT₀，kT₀+1，…，c)-V′_T(0，1，…，c-kT₀)

该式中，V_T表示错位相减后得到的向量，V′_T表示计算每一列像素的灰度平均值后所构建的一维向量，c表示一维向量的列数，T₀表示光栅条纹周期，k表示整数，且V′_T(kT₀，kT₀+1，...，c)表示V′_T去除前kT₀列后剩下的元素，V′_T(0，1，...，c-kT₀)表示V′_T去除后kT₀列后剩下的元素。

9.一种基于光栅图像的位移测量装置，其特征在于，包括：

模板图像获取模块，用于获取模板图像，包括：标定待测物的初始位置，并采集待测物的光栅图像，所述光栅图像包括目标特征，所述目标特征是所述光栅图像中不同于光栅条纹的标记，获取所述目标特征的初始像素位置；

模板向量构建模块，用于沿光栅条纹方向依次计算所述模板图像中每一列像素的灰度平均值，构建模板向量；

待测光栅图像获取模块，用于采集所述待测物位移后的光栅图像；

待测向量构建模块，用于沿光栅条纹方向依次计算所述待测物位移后的光栅图像中每一列像素的灰度平均值，构建待测向量；

像素位置计算模块，用于计算所述待测向量与所述模板向量的归一化相关系数，其中所述归一化相关系数最大值对应的像素位置即为所述待测物位移后的目标特征的像素位置；

位移计算模块，用于将待测物位移后的目标特征的像素位置与目标特征初始像素位置相减，得到目标特征的相对像素位移，基于所述相对像素位移和所述待测物的初始位置，得到待测物位移后的绝对位置。