[发明专利]一种视觉绝对式转动角度测量方法和装置

权利要求书

1.一种视觉绝对式转动角度测量方法，其特征在于，采用的测量装置包括CCD相机和圆环状的码盘，所述码盘的中部通过连接转轴进行转动；

所述码盘的圆环上均匀分布有n个共圆的灰度标识，每个灰度标识的灰度值分别对应0-255灰度值区间内均匀间隔设定的n级灰度值；

所述CCD相机设置在码盘的上方，使其拍摄视野对准灰度标识，并在任意时刻其拍摄视野至少存在一个完整的灰度标识；

所述测量方法包括如下步骤：

步骤1，标定所述测量装置获得标定数据，该标定数据包括每个灰度级别的灰度标识的灰度质心坐标和对应的角度值；

步骤2，通过CCD相机拍摄一张图像；

步骤3，对CCD相机拍摄的图像进行图像处理获得图像中灰度标识的灰度质心坐标，并计算图像中灰度标识的平均灰度值；

步骤4，根据图像中灰度标识的平均灰度值确定该灰度标识的灰度级别，进而获得该灰度标识在标定数据中对应的角度值ang；

步骤5，根据图像中灰度标识的灰度质心坐标，在标定数据中找到距离其最近的左侧灰度标识pa和右侧灰度标识pb；

步骤6，根据标定数据中左侧灰度标识pa和右侧灰度标识pb对应的角度值计算两者的夹角dela_ang，以及两者的角度比值b:c；

步骤7，使用线性插值估算实际转角pt，估算公式为：

pt=pa对应的转角+dela_ang×b/(b+c)=pb对应转角-dela_ang*c/(b+c)；

步骤8，计算当前绝对转角为ang+pt。

2.根据权利要求1所述的视觉绝对式转动角度测量方法，其特征在于，步骤1中标定所述测量装置获得标定数据的方法为：

步骤11，任意选择一个灰度标识，并令其在CCD相机拍摄视野中某位置处时设为转动零位；

步骤12，转动码盘，令该灰度标识在CCD相机拍摄视野中完整穿越；并在该灰度标识移动过程中，通过CCD相机间隔拍摄图像In，并通过标准旋转角度测量装置获取拍摄图像In时刻对应的角度值；

步骤13，依次处理图像In：

(1)使用固定阈值将图像分割为二值图像，在二值图像中灰度标识为白色区域，背景为黑色区域；

(2)计算白色区域数量，如果白色区域数量等于1，则直接选取该白色区域；如果白色区域数量大于1，计算每个白色区域的面积，当每个白色区域的面积差异大于等于设定值a时，则选取面积最大的白色区域，否则选取二值图像中最边缘处的白色区域；

(3)获取选取的白色区域中所有像素的图像坐标，并在原始图像上根据此图像坐标提取所有像素的灰度值，然后计算当前图像中灰度标识的灰度质心坐标；

(4)记录当前图像中灰度标识的灰度质心坐标和对应的角度值；

(5)重复步骤(1)～(4)处理完所有图像In，获得所有图像In中灰度标识的灰度质心坐标和对应的角度值；

步骤14，对每个灰度标识重复步骤11～步骤13，记录每个灰度级别的灰度标识的灰度质心坐标和对应的角度值作为标定数据。

3.根据权利要求2所述的视觉绝对式转动角度测量方法，其特征在于，步骤3中对CCD相机拍摄的图像进行图像处理获得图像中灰度标识的灰度质心坐标的方法为：

(1)使用固定阈值将图像分割为二值图像，在二值图像中灰度标识为白色区域，背景为黑色区域；

(2)计算白色区域数量，如果白色区域数量等于1，则直接选取该白色区域；如果白色区域数量大于1，计算每个白色区域的面积，当每个白色区域的面积差异大于等于设定值a时，则选取面积最大的白色区域，否则选取二值图像中最边缘处的白色区域；

(3)获取选取的白色区域中所有像素的图像坐标，并在原始图像上根据此图像坐标提取所有像素的灰度值，然后计算灰度质心坐标。

4.根据权利要求1所述的视觉绝对式转动角度测量方法，其特征在于，相邻灰度标识的灰度值相差至少2级灰度值。

5.根据权利要求4所述的视觉绝对式转动角度测量方法，其特征在于，所述灰度标识为实心圆形。

6.根据权利要求5所述的视觉绝对式转动角度测量方法，其特征在于，n=8。