[发明专利]基于激光图像及对应像素距离度量的位移测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移测量装置，尤其涉及一种基于激光图像及对应像素距离度量的位移测量装置及方法。

背景技术

工业领域中的各行各业，精确的距离测量被大量应用，甚至成为某些领域中必不可少的手段之一，尤其在机械加工领域，微小距离测量的准确性是产品质量最重要的保证之一。因此高精度的测距仪是工业技术领域中关键的测量手段之一。

当前工业生产中常用的测距仪包括接触式和非接触式，对于运动物体的连续在线测量往往采用非接触式的测距仪。常用的测距原理包括电容式、电感式、霍尔式、红外式、超声波式和激光式等原理，构成了非常丰富的适用于各种场合的测距仪。上述原理所设计的测距仪都与被测物体的属性有关系，电感式、霍尔式需要被测物为金属物体，利用光学原理的需要被测物具有很好的光反射性质等等，但现有测距仪在使用中普遍存在读数精度低，成本高的问题，不能满足实际生产的需要。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前工业测距仪成本高，测量精度低，不能满足生产需要等问题，提供一种具有结构简单，使用方便，测量精度高等优点的基于激光图像及对应像素距离度量的位移测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于激光图像及对应像素距离度量的位移测量装置，它由成像设备、数字图像信号处理设备和位移数据输出接口设备组成；其中成像设备包括光源及相关光路组件和摄像装置组成，摄像装置输出端与数字图像信号处理设备输入端连接，数字图像信号处理设备输出端则与位移数据输出接口设备连接。

所述光源为激光光源。

所述摄像装置为CCD/CMOS图像传感器。

所述数字图像信号处理设备为DSP芯片。

所述位移数据输出接口设备为复杂可编程逻辑器件CPLD、RS232或者RS485接口中的至少一种。

一种基于激光图像及对应像素距离度量的位移测量装置的测量方法，它的步骤为

1)图像采集

各设备初始化后，当被测物体移动时，利用CCD/CMOS图像传感器得到多帧连续图案序列；

2)图像分析

数字图像信号处理设备对所得图像进行数字图像处理；

3)位移测定

数字图像信号处理设备对数字图像进行比对计算，确定被测物理的位移量，并输出结果。

所述步骤1)中，图像采集时，利用激光光源照射被测物体；将所照射到的被测物体表面成像到CCD/CMOS图像传感器上，当被测物体移动时，CCD/CMOS图像传感器得到多帧连续图案序列。

所述步骤2)中，数字图像处理过程为

CCD/CMOS图像传感器将连续的图像在其坐标空间和性质空间都离散化为数字图像，它是照射物体表面形貌的可视数字化表达；每幅图像可以用一个二维数组f(x，y)来表示，x和y为二维二维空间XY中的一个离散坐标点的位置，而f(x，y)则代表图像在点(x，y)的颜色、亮度等属性；一个二维数字图像是由像素组成的二维矩阵，用M行N列像素矩阵F可表示为：

它表示一幅图像在XY中属性的分布模式，对于单色图像而言，每个像素的亮度用一个数值来表示，通常数值范围在0-255之间，0表示黑、255表示白，其他值表示灰度。

所述步骤3)中，位移量测定过程为，

图像传感器上的每帧图像都离散化为像素点阵列组成的数字图像，通过数字信号处理器DSP对获取的图片进行滤波、增强、恢复等图像预处理后，对前后两幅图片进行图像匹配相关分析，可计算出相邻两幅图像相对移动的像素点个数；

根据已知的象素点间距即可得到相邻图像的运动距离，在确定的光路系统中景物到图像的放大倍数是一定的，图像的位移量与物体的移动量具有一一对应的关系，从而通过精确的图像分析即可以判断计算物体移动的方向以及位移，利用前一幅图像和后一幅图像进行象素特征点对比，从而计算出物体移动的方向和距离。

所述步骤9)中，图像的位移量计算过程为，数字图像信号处理设备分析像素矩阵[Fi]；

当像素矩阵值[Fi]＝[Fi-1]时，返回步骤1)；当像素矩阵值[Fi]≠[Fi-1]时，

数字图像信号处理设备根据[Fi]-[Fi-1]偏差量，计算位移量；

然后将[Fi-1]保存到[Fi]；

输出位移量。

本发明测距仪由三个主要部分组成：成像设备、数字图像信号处理设备和位移数据输出接口设备。