[发明专利]一种基于光栅图像的位移测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于光栅图像的位移测量方法及装置，首先获取模板图像；其次，沿光栅条纹方向对所述模板图像进行投影得到模板向量；然后，采集待测物位移后的光栅图像，沿光栅条纹方向对所述光栅图像进行投影，构建待测向量，计算待测向量与模板向量的归一化相关系数，其中相关系数最大值对应的像素位置即为待测物位移后的目标特征的像素位置；最后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。本发明仅需光栅光源以及采集光栅图像的摄像头即可进行位移测量，适合狭小空间中的位移测量。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于光栅图像的位移测量方法及装置。

背景技术

现有使用光栅图像测量位移的工具通常为光栅尺，其基本原理如下：入射光束经过光栅后，传递至待测物表面，获取待测物的光栅图像，当待测物发生位移时，光栅图像会发生变化，其中所述待测物指的是需测量位移的目标物。其中，该光栅图像可经由待测物反射获取，也可以是经由待测物透射获取。当待测物发生位移时，光栅图像会发生变化。根据光栅图像的变化，可以得到待测物的位移。光栅尺可分为绝对式光栅尺和增量式光栅尺。绝对式光栅尺虽能获得实际位置，但其制造成本较高，读取速度较慢，不如增量式光栅尺计数快和稳定。而增量式光栅尺存在不能确定初始位置的问题，在掉电或因故障需重新开机时，增量式光栅尺必须进行回零操作。此外光栅尺的重量和尺寸可能不适用与狭小空间中的位移测量。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于光栅图像的位移测量方法及装置，其目的在于当光栅图像发生移动时，根据光栅图像一维投影与已标定位置的待测物的光栅图像一维投影的位置差来计算相对的位移量，这样既可以获取相对位置，也可以获取绝对位置，同时还具有速度快、精度高、可在线测量等特点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种基于光栅图像的位移测量方法，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。

进一步的，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。

进一步的，该方法还包括，对所述模板向量和/或待测向量进行预处理，以消除由于灰度不均匀导致的向量分布畸变。

进一步的，所述的预处理如下式所示

V₂＝V₁-V₁*G