專利名稱：以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像測量技術領域，特別是使用計算機攝像頭測量物體沿其光學 軸方向發(fā)生的微小位移的方法及其裝置。
背景技術：
最近提交的發(fā)明專利申請“以三基色對比度為特征測量沿光軸方向的位移的方法 及裝置”分析了有關探測物體的空間信息的技術，提出了一種使用計算機攝像頭的光電傳 感器陣列探測沿光學軸方向發(fā)生的微小位移的方法。其實，計算機攝像頭的光電傳感器陣 列所反映的信息較之像限探測器或半導體位置傳感器(PSD)豐富得多，充分發(fā)揮其功能， 值得研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置，它利 用計算機攝像頭，能夠在照明狀況發(fā)生一定的變化的環(huán)境中，測量物體沿攝像頭的光軸方 向所發(fā)生的微小位移矢量。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一臺普通的計算機配置一個計算機 攝像頭，該攝像頭被安裝在一個由高精度微位移步進電機為核心組成的軸向位移裝置上， 該步進電機通過步進電機接口電路連接到所述計算機的RS232C接口，所述計算機配置有 攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序，該程序體現(xiàn)了以三基色峰谷為圖 像幀的特征測量軸向位移的方法，包括步驟一、以位圖(MXN，M，N e正整數(shù))的格式，拍攝一幀被測物體的圖像，作為參 考幀；以該幀像素陣列左上角的第一個像素的位置為原點，以向右的方向為χ軸方向，垂直 向下方向為y軸方向，所取坐標系的單位為一個像素的大??；在所述像素陣列的中央?yún)^(qū)域 選取一個區(qū)域，大小為HitlXrv m0, n0 e正整數(shù)，稱之為觀察窗，它距離所述像素陣列的水平 方向和垂直方向的邊緣像素各有h和ν個像素，即有mQ+2h = Μ, n0+2v = N,h,v e正整數(shù)；步驟二、對于上述參考幀之像素陣列，逐像素行、逐像素列導出沿X軸方向和Y軸 方向的邊方向數(shù)據(jù)，并以:3bit的二進制數(shù)值001，010和100分別表示其中的正邊、負邊以 及第三類邊，如此構成了對應所述參考幀像素陣列的關于X軸方向和關于Y軸方向的兩幀 邊方向數(shù)據(jù)Ireferencex (x，y)}和{reference, (x，y)}，其中，下標χ或y分別表示所沿的 坐標軸的方向，符號“ H”表示沿其中函數(shù)下標所標示的坐標軸方向觀察窗內(nèi)諸像素(x，y) 處的邊方向數(shù)據(jù)的一個集合，保存這些數(shù)據(jù)；步驟三、對于上述兩幀邊方向數(shù)據(jù)，分別計算所述參考幀里觀察窗內(nèi)像素陣列的 自關聯(lián)匹配系數(shù)
v+i-t-nO/i+l+mOatUo Correlationx(α,厶)二 Z ^[referenceχ(χ,y) · referenceX{x + “，少 + 6)]
少x=h+、v+i+n0h+\+m0
auto correlationy (α,厶)二 Σ Σ Veferencey (x, y) · reference y {χΛ-α,γ + b)\.
y=v+] x=h+[式中，運算符號 表示二進制邏輯與運算，其運算結果或為邏輯O或為邏輯1，運算 符號“[]，，表示取其中的邏輯運算函數(shù)的值所對應的數(shù)值，或為數(shù)值0，或為數(shù)值1，參數(shù)變 量a，b的組合決定了關聯(lián)匹配算子陣列的規(guī)模，如果取3X3關聯(lián)匹配算子陣列a = -l，0， 1，b = -1，0，1，因此，沿每個坐標軸方向各自會產(chǎn)生9個自關聯(lián)系數(shù)aut0_C0rrelati0nx (a, b)禾口 auto_correlationy (a, b)；步驟四、根據(jù)上述兩幀邊方向數(shù)據(jù)對應的自關聯(lián)匹配系數(shù)，分別搜索在目前的物 體表面狀況以及照明狀況下可以進行匹配比較的最佳觀察窗像素陣列mx = m0士 step, nx = n0±step, 2h = M_mx,2v = N-nx禾口 my = m0士 step, ny = n0±step,2h = M_my,2v = N_ny,式中，下標x、y分別表示其值對應著沿X軸方向和Y軸方向，step為搜索過程中 的步進參數(shù)，其前面的加減號由搜索方向決定；取此兩組值中大者為本測量所用觀察窗陣 列的規(guī)模mXn ；步驟五、對于上述參考幀之像素陣列，根據(jù)其紅色、綠色和藍色分量的數(shù)據(jù)，分別 逐行、逐列導出沿X軸和Y軸方向的紅色的、綠色的和藍色的邊方向數(shù)據(jù)，一共有3X2 = 6 幀邊方向數(shù)據(jù)；根據(jù)上述三種基色的邊方向數(shù)據(jù)，分別導出沿X軸和Y軸方向的三種基色的邊反 射狀況，共有3 X 2 = 6幀邊反射狀況；對于其中的觀察窗區(qū)域，分別使用累加器計數(shù)它們所
對應的峰、谷的數(shù)目 Nrx軸峰、Nrx軸谷、Nry軸峰禾Π Ney軸谷，Ngx軸峰、Ngx軸谷、Ngy軸峰禾Π Ngy軸谷，Nbx軸峰、Nra軸
Φ、ΝΒΥ_和隊"_，其中，則111111^1·)表示數(shù)目，R、G、B分別表示紅、綠和藍色；累加上述累加器
的計數(shù)結果并保存之，表示為N(i，j = 0，forw = 0，back = 0)，其中，i = 1,2,3......表
示所拍攝的參考幀的順序計數(shù)，也是測量的計數(shù)，j = 0,1,2,3,......，表示第i次測量過
程中拍攝的取樣幀的計數(shù)，變量forw( = 0,1,2,......)和back( = 0,1,2,......)分別
表示第i次測量中所述步進電機發(fā)生順時鐘旋轉(zhuǎn)和反時鐘旋轉(zhuǎn)所對應的步進脈沖計數(shù)，本 次測量開始前，有i = 1，j = 0，forw = 0，back = 0 ；步驟六、測量開始所述計算機通過其RS232C接口的一根輸出控制線FORWARD輸 出第forw = 1個數(shù)字脈沖信號到所述步進電機接口電路，控制該步進電機順時鐘旋轉(zhuǎn)一 步，然后，拍攝第j = 1幀取樣幀位圖；對于上述取樣幀之像素陣列，根據(jù)其紅色、綠色和藍色分量的數(shù)據(jù)，分別逐行、逐 列導出沿X軸和Y軸方向的紅色的、綠色的和藍色的邊方向數(shù)據(jù)，共有3X2 = 6幀邊方向 數(shù)據(jù)；根據(jù)上述三種基色的邊方向數(shù)據(jù)，分別導出沿X軸和Y軸方向的三種基色的邊反 射狀況，共有3 X 2 = 6幀邊反射狀況；對于其中的觀察窗區(qū)域，分別使用累加器計數(shù)它們所
對應的峰、谷的數(shù)目 Nrx軸峰、Nrx軸谷、Nry軸峰禾口 Nry軸谷，Ngx軸峰、Ngx軸谷、Ngy軸峰禾口 Ngy軸谷，Nbx軸峰、NBx 軸谷、Nby軸峰和Nby軸谷；累加上述累加器的計數(shù)結果并保存之，表示為:N(i, j = 1，forw = 1， back = 0)；步驟七、如果N(i，j= Lforw= l,back = 0)彡 N(i，j = 0，forw = 0，back = 0)， 所述計算機通過其RS232C接口的一根輸出控制線FORWARD輸出第forw ( = 2,3,......)個數(shù)字脈沖信號到所述步進電機接口電路，控制該步進電機順時鐘旋轉(zhuǎn)進步，每次順時鐘旋 轉(zhuǎn)一步都拍攝并分析比較前后各取樣幀中觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所有的 峰和谷的數(shù)目之和 N(i，j = forw-l,forw-l,back = 0)和 N(i，j = forw, forw,back = 0)， 保存之，該過程中應當會有:N(i, j = forw, forw, back = 0)彡 N(i，j = forw-1，forw-1, back = 0),直至丨J滿足:N (i, j = forw, forw, back = 0) < N (i, j = forw-1, forw-1, back = 0)，這時，記錄(forw)mx = forw,同時，所述計算機通過其RS232C接口的另一根輸出控制線 BACKWARD輸出一個數(shù)字脈沖信號(back = 1)到所述步進電機接口電路，控制該步進電機 反時鐘旋轉(zhuǎn)一步，這時，相對本次測量開始前的初始位置，本裝置的攝像頭即處于本次測量 中的最佳物體成像聚焦位置FoCUSP= (forw)mx-back = (forw)Mx_l，其計算的結果大于 或等于0，表示所述步進電機的旋轉(zhuǎn)方向是順時鐘方向的，該聚焦位置對應的取樣幀觀察窗 內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所有的峰和谷的數(shù)目之和為N(i，j = (forw)MX-l,forw =(forw)MX-l, back = 0)，測量過程中拍攝的取樣幀的總計數(shù)結果為j = (forw)Mx+back =(forw)MX+l ；如果N(i，j = 1，forw = 1，back = 0) < N(i, j = 0，forw = 0，back = 0),所 述計算機通過其RS232C接口的一根輸出控制線BACKWARD輸出第l^ack = 1個數(shù)字脈沖信 號到所述步進電機接口電路，控制該步進電機反時鐘旋轉(zhuǎn)退一步，即回到本次測量的初始 位置，然后，所述計算機通過其RS232C接口的輸出控制線BACKWARD繼續(xù)輸出第kick ( = 2，
3，......)個數(shù)字脈沖信號到所述步進電機接口電路，控制該步進電機進一步反時鐘旋轉(zhuǎn)，
在此過程中，每次反時鐘旋轉(zhuǎn)一步都拍攝并分析比較前后各取樣幀觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸 方向的三種基色的所有的峰和谷的數(shù)目之和N(i，j =back+l，f0rw= l,back)和N(i，j = back, forw = 1,back = back-1),應當有N(i, j = back+1, forw = 1,back = back) ^ N(i, j = back, forw = l,back = back-1)，保存之，如此繼續(xù)，直到滿足N(i，j = back+1, forw =1, back) < N(i, j = back, forw = 1, back-1),這時，記錄(back)Mx = back,同時，所 述計算機通過其RS232C接口的另一根輸出控制線FORWARD輸出一個數(shù)字脈沖信號(forw =2)到所述步進電機接口電路，控制該步進電機順時鐘旋轉(zhuǎn)一步，這時，相對本次測量開 始前的初始位置，本裝置的攝像頭即處于本次測量中的最佳物體成像聚焦位置FoCUSP = forw-(back) mx = 2-(back)MX，其計算的結果為負值，表示所述步進電機的旋轉(zhuǎn)方向是反時 鐘方向的，該聚焦位置對應的取樣幀觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所有的峰和 谷的數(shù)目之和為N(i，j = ((back)MX-l)+l = (back)MX, forw = 1，back = (back)mx-l), 測量過程中拍攝的取樣幀的總計數(shù)結果為j = forw+(back)MX = 2+(back)MX ；綜合起來，相對本次測量開始前的初始位置，本次測量所獲得的物體沿所述攝像 頭的光學軸方向發(fā)生的位移是Δ ζ (i) = forw-back,上述計算式中計數(shù)器forw和kick的值均為本次測量過程中最后的計數(shù)結果，計 算結果有正或負的符號，分別表示所發(fā)生的位移沿光學軸前進或后退的方向，對應于所述 步進電機的旋轉(zhuǎn)方向(即順時鐘方向或反時鐘方向)，具體由步進電機的軸向位移裝置之 安排確定；總的位移為Δ& (i) = Δ Z0 (i-1) + Δ z (i)其中，Δ Z0 (i-1)為本次測量之前累積的軸向位移；步驟八、準備下一次測量工作測量次數(shù)計數(shù)器i = i+Ι，取第i次測量確定的最佳物體成像聚焦位置處相應的物體成像幀觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所有的 峰和谷的數(shù)目之和作為新的測量參考值N(i，j = 0，forw = 0，back = 0) = N(i, j = (forw)mx-l, forw = (forw)mx-l, back = 0),或 N(i，j = 0，forw = 0，back = 0)=N(i, j = ((back)MX-l) +1 = (back)MX, forw = 1, back = (back) Mx-1)；步驟九、跳轉(zhuǎn)到步驟六，繼續(xù)測量；實際測量過程中，通過測量定標，可以獲得直接的測量結果。上述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述邊方 向數(shù)據(jù)的定義是像素陣列中，沿著X軸或者沿著Y軸方向，如果一個像素的光強值比其后面的第二 個像素相應的光強值還要小一個誤差容限值error，即如果I (X，Y) < I (X+2, Y) -error 或 I (X，Y) < I (X，Y+2) -error則定義這兩個像素之間存在一個沿該軸方向的正邊；如果一個像素的光強值比其 后面的第二個像素相應的光強值還要大一個誤差容限值error，即如果I (X，Y) > I (X+2, Y) +error 或 I (X，Y) > I (X，Y+2) +error則定義這兩個像素之間存在一個沿該軸方向的負邊；如此獲得的邊位于該像素之 后的第一個像素的位置，也即位于參與比較的兩個像素的中間位置的那個像素上；如果一 個像素的某種光強值與其后面的第二個像素相應的光強值接近，其值相差不超過一個誤差 容限值error，即如果I (X+2, Y) -error 彡 I (X，Y)彡 I (X+2, Y) +error或I (X，Y+2) -error 彡 I (X，Y)彡 I (X，Y+2) +error,則認為這兩個像素之間沿該軸方向不存在對應的“邊”，或稱之為第三類邊；沿著某一個坐標軸方向，對應的像素行或像素列所有的正邊、負邊以及第三類邊 組成該行或該列沿該坐標軸方向的邊方向數(shù)據(jù)；上列式中的誤差容限值可以根據(jù)具體的光 照情況，預置為一個小的數(shù)值，例如err0r = 10 ；像素陣列中的四個邊與角上的像素位置 不存在邊方向數(shù)據(jù)。上述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述搜索 最佳觀察窗像素陣列的方法包括對于所述像素陣列的觀察窗以及kXk(k e正整數(shù))關聯(lián)匹配算子陣列(a，b)，沿 某個坐標軸方向會產(chǎn)生kX k個自關聯(lián)匹配系數(shù)，按下列不等式比較這些自關聯(lián)匹配系數(shù)autocorrelation (a, b) ^ autocorrelation (0,0) Xsimilarity式中，similarity描述了觀察窗與其鄰近相同規(guī)模的像素陣列的相似程度，例如 取similarity = 60%，可以預先設置，也可以根據(jù)光照情況以及被測物表面的質(zhì)地進行調(diào) 試和選擇；如果滿足上述不等式的自關聯(lián)系數(shù)多于kXkX 1/3個，需要擴大觀察窗的范圍各 step行和st印列令m = m0+step,n = nQ+st印，重新計算新的觀察窗的自關聯(lián)系數(shù)，并進 行上述比較，直到滿足上述不等式的自關聯(lián)匹配系數(shù)不多于kX kX 1/3個，這時，2h = M-m, 2v = N-n，其中，step為步進參數(shù)，初始值為1，每次需要擴展觀察窗的規(guī)模就增加1 ；如果 超出幀內(nèi)一個預定的范圍，還沒有找到合適的觀察窗，則認為該物體這部分反射表面的質(zhì)地不適于本裝置的測量工作，并給出提示警告；如果滿足上述不等式的自關聯(lián)匹配系數(shù)不多于kXkX 1/3個，說明被拍攝物體的 表面的結構特征足夠精細，最鄰近像素之間的值可以區(qū)分，可以進一步嘗試縮小觀察窗的 范圍各st印行和st印列，以減少計算工作量令m = Hi0-Step, η = nQ-st印，重新計算觀 察窗的自關聯(lián)系數(shù)，并進行上述比較，遞進參數(shù)step每次增加1，直到所選觀察窗區(qū)域滿足 上述不等式的自關聯(lián)系數(shù)的個數(shù)不小于kXkX 1/3，這時，認為搜索到了最佳觀察窗像素陣 列。上述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述紅色、 綠色或藍色的邊方向數(shù)據(jù)的定義是根據(jù)像素陣列中紅色、綠色或藍色這三種基色之一的分量數(shù)據(jù)，沿著X軸或者沿 著Y軸方向，如果一個像素的某種三基色分量值比其后面的第二個像素相應的三基色分量 值還要小一個誤差容限值error，即如果I (X，Y)紅< I 紅(X+2, Y) -error 或 I (X，Y)紅< I (X，Y+2)紅—errorI (X，Y)綠< I 綠(X+2, Y) -error 或 I (X，Y)綠< I (X，Y+2) s-errorI (X，Y)藍< Iffi (X+2, Y) -error 或 I (X，Y)藍< I (X，Y+2) -error則定義這兩個像素之間存在一個紅色的、綠色的或藍色的正邊；如果一個像素 的某種三基色分量值比其后面的第二個像素相應的三基色分量值還要大一個誤差容限值 error,艮口如果I (X，Y)紅> I 紅(X+2, Y) +error 或 I (X，Y)紅> I (X，Y+2)紅+errorI (X，Y)綠> I 綠(X+2, Y) +error 或 I (X，Y)綠> I (X，Y+2) s+errorI (X，Y)藍> Iffi (X+2, Y) +error 或 I (X，Y)藍> I (X，Y+2)藍+error則定義這兩個像素之間存在一個紅色的、綠色的或藍色的負邊；如此獲得的邊位 于該像素之后的第一個像素的位置，也即位于參與比較的兩個像素的中間位置的那個像素 上；如果一個像素的某種三基色分量值與其后面的第二個像素相應的三基色分量值接近， 其RGB分量值相差不超過一個誤差容限值error，即如果I (X+2, Y)紅-error ^ I (X，Y) I (X+2, Y)紅+error或I (X, Y+2) 紅—error < I (X，Y)紅 彡 I (X，Y+2) 紅 +error ；I (X+2, Y) s-error 彡 I (X，Y)綠彡 I (X+2, Y) s+error或I (X，Y+2) s-error ( I (X，Y)綠彡 I (X，Y+2) s+error ；I (X+2，Y)藍-error 彡 I (X，Y)藍彡 I (X+2，Y)藍 +error或I (X，Y+2) -error 彡 I (X，Y)藍彡 I (X，Y+2) +error ；則認為這兩個像素之間不存在該顏色波長對應的“邊”，或稱之為第三類該顏色的 邊；沿著某一個坐標軸方向，所有的紅色的正邊和紅色的負邊以及第三類紅色的邊組成該 方向紅色的邊方向數(shù)據(jù)，所有的綠色的正邊和綠色的負邊以及第三類綠色的邊組成該方向 綠色的邊方向數(shù)據(jù)，所有的藍色的正邊和藍色的負邊以及第三類藍色的邊組成該方向藍色 的邊方向數(shù)據(jù)；上述式中的誤差容限值可以根據(jù)具體的光照情況，預置為一個小的數(shù)值，例 如error = 10 ；像素陣列中的四個邊與角上的像素位置不存在邊方向數(shù)據(jù)。上述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述沿X 軸和Y軸方向的三種基色的邊反射狀況，其定義為
根據(jù)所選觀測行與觀測列的像素的紅色、綠色或藍色的邊方向數(shù)據(jù)，沿著X軸或 沿著Y軸方向，如果連續(xù)的兩個或多于兩個的某種基色的正邊，或連續(xù)的兩個或多于兩個 的該基色的第三類邊之后跟著一個該基色的負邊，稱之為該基色的第一類邊反射狀況，即 認為在此位置存在一個該基色的峰；如果連續(xù)的兩個或多于兩個的某種基色的負邊，或連 續(xù)的兩個或多于兩個的該基色的第三類邊之后跟著一個該基色的正邊，稱之為該基色的第 二類邊反射狀況，即認為在此位置存在一個該基色的谷；沿著X軸或沿著Y軸方向，三種基 色之一其所有的峰和谷組成圖像幀該基色沿該坐標軸方向的邊反射狀況。所述攝像頭軸向位移裝置包括所述攝像頭安裝在一個工作臺上，該工作臺與一 根長的螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸以螺絲紋套接，該螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸通過兩根支撐架安裝在一張大的工作 臺上，并且，它與這兩根支撐架都是以轉(zhuǎn)軸的方式套接，在與支撐架的套接處可以轉(zhuǎn)動但不 發(fā)生向前或向后的位移；所述螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸上有一個固定的齒輪，它與步進電機的轉(zhuǎn)軸上 面的齒輪相互咬合。所述步進電機也安裝在所述大的工作臺上，它通過步進電機接口電路 連接到計算機系統(tǒng)的RS232C接口。本發(fā)明的優(yōu)點是，它較充分地利用了現(xiàn)有攝像頭拍攝的信息，以關于像素三基色 的峰和谷數(shù)據(jù)作為被測物體圖像幀的特征，通過計算自關聯(lián)系數(shù)，自動分析并選取最佳觀 察區(qū)域；通過計數(shù)該觀察區(qū)域內(nèi)圖像特征的數(shù)目，判斷物體成像聚焦的程度，進而測量物體 在攝像頭光學軸方向所發(fā)生的微小位移；本測量方法先進，能夠適應某種程度的環(huán)境光照變化。


下面結合附圖進一步說明本發(fā)明專利。圖1是本發(fā)明的計算機及其攝像頭測量系統(tǒng)方框圖。圖2是本發(fā)明的由高精度微位移步進電機為核心組成的攝像頭軸向位移裝置方 框圖。圖3是本發(fā)明的光學成像聚焦過程示意圖。圖4是光電傳感器芯片進行光電轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的像素陣列及其觀察窗區(qū)域示意圖。圖5是一行光信號及其數(shù)字化信號、邊方向數(shù)據(jù)以及邊反射狀況之示意圖。圖1中，1.計算機攝像頭，2.光學透鏡，3.光電傳感器芯片，4. USB接口，5.計算機 系統(tǒng)，6. USB接口，7. CPU，8. RS232C接口，9.顯示卡與顯示器，10.內(nèi)存與硬盤，11.鍵盤和鼠 標，12.操作系統(tǒng)，13.攝像頭驅(qū)動程序，14.攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向 位移程序，15.照明設備。圖2中，30.步進電機與攝像頭的工作臺，31.支撐架，32.支撐架，33.攝像頭⑴ 的工作臺，34.螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸，341.螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)上的齒輪，40.步進電機，41.步進電 機GO)的旋轉(zhuǎn)軸，42.步進電機00)的旋轉(zhuǎn)軸Gl)上的齒輪。圖3中，90. -96.物體(圓光斑)在光軸上不同的位置所成像之示意圖，97.光學
軸ο圖5中，21. —行光信號，22.與光信號Ql)對應的數(shù)字化信號，23.與數(shù)字化信號 (22)對應的邊方向數(shù)據(jù)，24.對應邊方向數(shù)據(jù)的邊反射狀況。
具體實施例方式本發(fā)明專利包括兩個部分圖1所示的計算機及其攝像頭測量系統(tǒng)、圖2所示的由 高精度微位移步進電機為核心組成的攝像頭軸向位移裝置。在計算機系統(tǒng)( 上運行配售的攝像頭驅(qū)動程序(13)，通過USB接口(4)和(6) 連接攝像頭(1)到計算機(5)。然后，讓攝像頭聚焦成像被測量物體。優(yōu)先選擇的測量環(huán)境是室內(nèi)，環(huán)境光輻射變化小，有利于進行測量。選擇測量環(huán)境 的基本要求是，允許照明狀況在測量過程中發(fā)生一定的變化，但不允許該變化明顯地影響 被測量物體所成像的明暗對比度。選用照明設備(15)有助于本發(fā)明的實施。例如采用漫 反射的均勻照明方式，或照明設備其強度能夠強于環(huán)境雜散光的影響。被測量物體的材質(zhì) 最好具有較細致的表面反射特征，也可以選用此類材質(zhì)做成靶標，避免或克服光滑的反射 面材質(zhì)。如圖2所示，攝像頭⑴安裝在工作臺(33)上，隨工作臺一起移動，該工作臺(33) 與一根長的螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)以螺絲紋套接。螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)通過支撐架(31)和(32) 安裝在一張大的工作臺(30)上，并且，螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)與支撐架(31)和(32)都是以轉(zhuǎn) 軸的方式套接，螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)在與支撐架(31)和(3 的套接處可以轉(zhuǎn)動但不發(fā)生向 前或向后的位移。螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)上有一個固定的齒輪(341)，它與步進電機00)的轉(zhuǎn) 軸Gl)上面的齒輪G2)相互咬合，當步進電機GO)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的時候，齒輪G2) 的旋轉(zhuǎn)會帶動齒輪(341)旋轉(zhuǎn)，進而帶動螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)旋轉(zhuǎn)，促使攝像頭(1)及其工 作臺(33) —起向前或向后發(fā)生移動。步進電機GO)也安裝在大的工作臺(30)上。選取計算機系統(tǒng)(5)的RS232C接口(8)里的兩根輸出信號線，如圖所示的 FORWARD和BACKWARD，與一根地線GROUND —起接到一個步進電機接口電路03)，在此進行 功率放大，然后，再連接到步進電機(40)，控制步進電機00)作順時鐘旋轉(zhuǎn)或反時鐘旋轉(zhuǎn)。步進電機00)的性能關系到本發(fā)明專利的測量精度，應當選用步進位移精細、精 度高、工作穩(wěn)定的電機，運行攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序(14)，實時測量位 移。具體步驟見“發(fā)明內(nèi)容”所描述，下面就其要點說明如下。本發(fā)明專利測量光學軸向微位移的原理與方法基于光學成像聚焦的清晰與否， 如圖3所示，其判斷準則是聚焦清晰的時候，圖像幀觀察窗區(qū)域具有數(shù)目最多的圖像特 征一邊反射狀況。有關光電傳感器芯片進行光電轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的像素陣列及其觀察窗區(qū)域 如圖4所示。有關圖像特征的定義及其確定如圖5 (邊方向數(shù)據(jù)、邊方向狀況)所示。本發(fā)明專利所述坐標系可以自由選取，所描述的測量方法也適用于其它攝像器 件。
權利要求
1.以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置，包括一臺普通的計算 機通過其USB接口連接一個計算機攝像頭、一臺步進電機及其接口電路，其特征在于，該攝 像頭被安裝在一個由所述步進電機為核心組成的軸向位移裝置上，該步進電機通過所述步 進電機接口電路連接到所述計算機的RS232C接口，所述計算機配置有攝像頭拍攝以及根 據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序。
2.根據(jù)權利要求1所述的以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置， 其特征在于，所述攝像頭軸向位移裝置包括攝像頭(1)安裝在工作臺(33)上，該工作臺(33)與一根長的螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)以螺 絲紋套接，螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)通過支撐架(31)和(32)安裝在一張大的工作臺(30)上，并 且，螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34)與支撐架(31)和(3 都是以轉(zhuǎn)軸的方式套接，螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸(34) 在與支撐架(31)和(3 的套接處可以轉(zhuǎn)動但不發(fā)生向前或向后的位移；螺絲紋旋轉(zhuǎn)軸 (34)上有一個固定的齒輪(341)，它與步進電機00)的轉(zhuǎn)軸上面的齒輪02)相互咬 合；步進電機GO)也安裝在工作臺(30)上，它通過步進電機接口電路G3)連接到計算機 系統(tǒng)(5)的 RS232C 接口 (8)。
3.據(jù)權利要求1所述的以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置，其 特征在于，所述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序包括下述測量物體 沿所述攝像頭的光軸方向發(fā)生的微小位移的方法步驟一、以位圖(MXN，M，Ne正整數(shù))的格式，拍攝一幀被測物體的圖像，作為參考幀； 以該幀像素陣列左上角的第一個像素的位置為原點，以向右的方向為χ軸方向，垂直向下 方向為y軸方向，所取坐標系的單位為一個像素的大??；在所述像素陣列的中央?yún)^(qū)域選取 一個區(qū)域，大小為mQXnQ，m0, n0 e正整數(shù)，稱之為觀察窗，它距離所述像素陣列的水平方向 和垂直方向的邊緣像素各有h和ν個像素，即有mQ+2h = Μ, η0+2ν = N, h, ν e正整數(shù)；步驟二、對于上述參考幀之像素陣列，逐像素行、逐像素列導出沿X軸方向和Y軸方向 的邊方向數(shù)據(jù)，并以:3bit的二進制數(shù)值001，010和100分別表示其中的正邊、負邊以及第 三類邊，如此構成了對應所述參考幀像素陣列的關于X軸方向和關于Y軸方向的兩幀邊方 向數(shù)據(jù)Ireferencex (X，y)}和{reference, (x，y)}，其中，下標χ或y分別表示所沿的坐標 軸的方向，符號“{}”表示沿其中函數(shù)下標所標示的坐標軸方向觀察窗內(nèi)諸像素(x，y)處的 邊方向數(shù)據(jù)的一個集合，保存這些數(shù)據(jù)；步驟三、對于上述兩幀邊方向數(shù)據(jù)，分別計算所述參考幀里觀察窗內(nèi)像素陣列的自關 聯(lián)匹配系數(shù)v+\+n0h+\+m0auto Correlationx (α,辦)二 Z ^ [referencex (x，y) · referenceχ (χa, y + 6)]y=v+\ x=h->r\auto correlationy (a,b) 二^^ ^[referencey(x,y) · referencey(x + a^y-l· b)]式中，運算符號 表示二進制邏輯與運算，其運算結果或為邏輯0或為邏輯1，運算符號 “[]，，表示取其中的邏輯運算函數(shù)的值所對應的數(shù)值，或為數(shù)值0，或為數(shù)值1，參數(shù)變量a， b的組合決定了關聯(lián)匹配算子陣列的規(guī)模，如果取3X3關聯(lián)匹配算子陣列a = _1，0，1，b =-1,0,1,因此，沿每個坐標軸方向各自會產(chǎn)生9個自關聯(lián)系數(shù)aut0_C0rrelati0nx(a，b)禾口 auto_correlationy (已，b)；步驟四、根據(jù)上述兩幀邊方向數(shù)據(jù)對應的自關聯(lián)匹配系數(shù)，分別搜索在目前的物體表 面狀況以及照明狀況下可以進行匹配比較的最佳觀察窗像素陣列 mx = m0士step，nx = n0士step，2h = M_mx，2v = N_nx 禾口 my = m0士 step，ny = n0 + step, 2h = M_my，2v = N_ny，式中，下標X、y分別表示其值對應著沿X軸方向和Y軸方向，step為搜索過程中的步 進參數(shù)，其前面的加減號由搜索方向決定；取此兩組值中大者為本測量所用觀察窗陣列的 規(guī)模:mXn ；步驟五、對于上述參考幀之像素陣列，根據(jù)其紅色、綠色和藍色分量的數(shù)據(jù)，分別逐行、 逐列導出沿X軸和Y軸方向的紅色的、綠色的和藍色的邊方向數(shù)據(jù)，一共有3X2 = 6幀邊 方向數(shù)據(jù)；根據(jù)上述三種基色的邊方向數(shù)據(jù)，分別導出沿X軸和Y軸方向的三種基色的邊反射狀 況，共有3X2 = 6幀邊反射狀況；對于其中的觀察窗區(qū)域，分別使用累加器計數(shù)它們所對應白勺山條、I白勺目NRX軸峰、Nrx軸谷、Nry軸峰禾口 Nry軸谷，Ngx軸峰、Ngx軸谷、Ngy軸峰禾口 Ngy軸谷，Nbx軸峰、Nbx軸谷、Nby麟和隊^略，其中，則!!!!^!·)表示數(shù)目，R、G、B分別表示紅、綠和藍色；累加上述累加器的計數(shù)結果并保存之，表示為N(i，j = 0，forw = 0，back = 0)，其中，i = 1，2，3......表示所拍攝的參考幀的順序計數(shù)，也是測量的計數(shù)，j = 0,1,2,3,......，表示第i次測量過程中拍攝的取樣幀的計數(shù)，變量forw( = 0,1,2,......)和back( = 0,1,2,......)分別表示第i次測量中所述步進電機發(fā)生順時鐘旋轉(zhuǎn)和反時鐘旋轉(zhuǎn)所對應的步進脈沖計數(shù)，本 次測量開始前，有i = 1，j = 0，forw = 0，back = 0 ；步驟六、測量開始所述計算機通過其RS232C接口的一根輸出控制線FORWARD輸出第 forw = 1個數(shù)字脈沖信號到所述步進電機接口電路，控制該步進電機順時鐘旋轉(zhuǎn)一步，然 后，拍攝第j = 1幀取樣幀位圖；對于上述取樣幀之像素陣列，根據(jù)其紅色、綠色和藍色分量的數(shù)據(jù)，分別逐行、逐列導 出沿X軸和Y軸方向的紅色的、綠色的和藍色的邊方向數(shù)據(jù)，共有3X2 = 6幀邊方向數(shù)據(jù)； 根據(jù)上述三種基色的邊方向數(shù)據(jù)，分別導出沿X軸和Y軸方向的三種基色的邊反射狀 況，共有3 X 2 = 6幀邊反射狀況；對于其中的觀察窗區(qū)域，分別使用累加器計數(shù)它們所對應白勺山條、I白勺目NRX軸峰、Nrx軸谷、Nry軸峰禾口 Nry軸谷，Ngx軸峰、Ngx軸谷、Ngy軸峰禾口 Ngy軸谷，Nbx軸峰、Nbx軸谷、~$_和Nby軸谷；累加上述累加器的計數(shù)結果并保存之，表示為N(i，j = 1，forw = 1，back =0)；步驟七、如果N(i，j = 1，forw = 1，back = 0)彡 N(i, j = 0，forw = 0，back = 0)，所述計算機通過其RS232C接口的一根輸出控制線FORWARD輸出第forw( = 2,3,......)個數(shù)字脈沖信號到所述步進電機接口電路，控制該步進電機順時鐘旋轉(zhuǎn)進步，每次順時鐘 旋轉(zhuǎn)一步都拍攝并分析比較前后各取樣幀中觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所 有的峰和谷的數(shù)目之和 N(i，j = forw-1, forw-1，back = 0)和 N(i，j = forw, forw, back =0)，保存之，該過程中應當會有N(i，j = forw, forw, back = 0)彡 N(i，j = forw-1, forw-1，back = 0)，直至丨J滿足N (i，j = forw, forw, back = 0) < N (i，j = forw-1，forw-1， back = 0)，這時，記錄(forw)mx = forw，同時，所述計算機通過其RS232C接口的另一根輸 出控制線BACKWARD輸出一個數(shù)字脈沖信號(back = 1)到所述步進電機接口電路，控制該 步進電機反時鐘旋轉(zhuǎn)一步，這時，相對本次測量開始前的初始位置，本裝置的攝像頭即處于本次測量中的最佳物體成像聚焦位置FoCUSP= (forw)mx-back = (forw)mx-l，其計算的 結果大于或等于0，表示所述步進電機的旋轉(zhuǎn)方向總的看來是順時鐘方向的，該聚焦位置對 應的取樣幀觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所有的峰和谷的數(shù)目之和為N(i，j =(forw)mx-l,forw= (forw)MX-l，kick = 0)，測量過程中拍攝的取樣幀的總計數(shù)結果為 j = (forw) mx+back = (forw) mx+l ；如果N(i，j = Lforw= l,back = 0) < N(i，j = 0，forw = 0，back = 0)，所述計算機 通過其RS232C接口的一根輸出控制線BACKWARD輸出第lDack = 1個數(shù)字脈沖信號到所述步 進電機接口電路，控制該步進電機反時鐘旋轉(zhuǎn)退一步，即回到本次測量的初始位置，然后，所述計算機通過其RS232C接口的輸出控制線BACKWARD繼續(xù)輸出第back( = 2,3,......)個數(shù)字脈沖信號到所述步進電機接口電路，控制該步進電機進一步反時鐘旋轉(zhuǎn)，在此過程 中，每次反時鐘旋轉(zhuǎn)一步都拍攝并分析比較前后各取樣幀觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三 種基色的所有的峰和谷的數(shù)目之和N(i，j = back+1, forw = 1，back)和N(i，j = back, forw = 1, back = back-1),應當有N(i, j = back+1, forw = 1, back = back) ^ N(i, j =back, forw = 1，back = back-1)，保存之，如此繼續(xù)，直到滿足N(i，j = back+1, forw =1, back) < N(i, j = back, forw = 1, back-1),這時，記錄(back)Mx = back,同時，所 述計算機通過其RS232C接口的另一根輸出控制線FORWARD輸出一個數(shù)字脈沖信號(forw =2)到所述步進電機接口電路，控制該步進電機順時鐘旋轉(zhuǎn)一步，這時，相對本次測量開 始前的初始位置，本裝置的攝像頭即處于本次測量中的最佳物體成像聚焦位置FoCUSP = forw-(back) mx = 2-(back)MX，其計算的結果為負值，表示所述步進電機的旋轉(zhuǎn)方向是反時 鐘方向的，該聚焦位置對應的取樣幀觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所有的峰和 谷的數(shù)目之和為N(i，j = ((back)MX-l)+l = (back)MX, forw = 1，back = (back)mx-l), 測量過程中拍攝的取樣幀的總計數(shù)結果為j = forw+(back)MX = 2+(back)MX ；綜合起來，相對本次測量開始前的初始位置，本次測量所獲得的物體沿所述攝像頭的 光學軸方向發(fā)生的位移是Δ ζ (i) = forw-back,上述計算式中計數(shù)器forw和back的值均為本次測量過程中最后的計數(shù)結果，計算結 果有正或負的符號，分別表示所發(fā)生的位移沿光學軸前進或后退的方向，對應于所述步進 電機的旋轉(zhuǎn)方向(即順時鐘方向或反時鐘方向)，具體由步進電機的軸向位移裝置之安排 確定；總的位移為= ΔΖ0( -1) + Δζ( ) 其中，Δ Z0(i-1)為本次測量之前累積的軸向位移；步驟八、準備下一次測量工作測量次數(shù)計數(shù)器i = i+Ι，取第i次測量確定的最佳物 體成像聚焦位置處相應的物體成像幀觀察窗內(nèi)沿X軸和Y軸方向的三種基色的所有的峰和 谷的數(shù)目之和作為新的測量參考值N(i，j = 0，forw = 0，back = 0) = N(i，j = (forw)MX_l，forw = (forw)MX_l，back =0)，或 N(i，j = 0，forw = 0，back = 0)=N(i, j = ((back) ·χ-1)+1 = (back)MX, forw = 1, back = (back) mx-l)； 步驟九、跳轉(zhuǎn)到步驟六，繼續(xù)測量。
4.根據(jù)權利要求3所述的以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置，其特征在于，所述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述邊 方向數(shù)據(jù)的定義是像素陣列中，沿著X軸或者沿著Y軸方向，如果一個像素的光強值比其后面的第二個像 素相應的光強值還要小一個誤差容限值error，即如果I (X，Y) < I (X+2, Y) -error 或 I (X，Y) < I (X，Y+2) -error則定義這兩個像素之間存在一個沿該軸方向的正邊；如果一個像素的光強值比其后面 的第二個像素相應的光強值還要大一個誤差容限值error，即如果 I (X，Y) > I (X+2, Y) +error 或 I (X，Y) > I (X，Y+2) +error則定義這兩個像素之間存在一個沿該軸方向的負邊；如此獲得的邊位于該像素之后的 第一個像素的位置，也即位于參與比較的兩個像素的中間位置的那個像素上；如果一個像 素的某種光強值與其后面的第二個像素相應的光強值接近，其值相差不超過一個誤差容限 it error,艮口如果I (X+2, Y) -error 彡 I (X，Y)彡 I (X+2, Y) +error 或 I(X，Y+2)-error 彡 I (X，Y)彡 I (X，Y+2)+error, 則認為這兩個像素之間沿該軸方向不存在對應的“邊”，或稱之為第三類邊； 沿著某一個坐標軸方向，對應的像素行或像素列所有的正邊、負邊以及第三類邊組成 該行或該列沿該坐標軸方向的邊方向數(shù)據(jù)；上列式中的誤差容限值可以根據(jù)具體的光照情 況，預置為一個小的數(shù)值，例如err0r = 10 ；像素陣列中的四個邊與角上的像素位置不存 在邊方向數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求3所述的以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置， 其特征在于，所述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述搜 索最佳觀察窗像素陣列的方法包括對于所述像素陣列的觀察窗以及kXk(k e正整數(shù))關聯(lián)匹配算子陣列(a，b)，沿某個 坐標軸方向會產(chǎn)生kX k個自關聯(lián)匹配系數(shù)，按下列不等式比較這些自關聯(lián)匹配系數(shù) autocorrelation (a, b) ^ autocorrelation (0,0) X similarity 式中，similarity描述了觀察窗與其鄰近相同規(guī)模的像素陣列的相似程度，例如取 similarity = 60%，可以預先設置，也可以根據(jù)光照情況以及被測物表面的質(zhì)地進行調(diào)試 和選擇；如果滿足上述不等式的自關聯(lián)系數(shù)多于kXkX 1/3個，需要擴大觀察窗的范圍各step 行和st印列令m = m0+step, η = %+st印，重新計算新的觀察窗的自關聯(lián)系數(shù)，并進行上 述比較，直到滿足上述不等式的自關聯(lián)匹配系數(shù)不多于kXkXl/3個，這時，a! = M-m，2v = N-n，其中，step為步進參數(shù)，初始值為1，每次需要擴展觀察窗的規(guī)模就增加1 ；如果超出幀 內(nèi)一個預定的范圍，還沒有找到合適的觀察窗，則認為該物體這部分反射表面的質(zhì)地不適 于本裝置的測量工作，并給出提示警告；如果滿足上述不等式的自關聯(lián)匹配系數(shù)不多于kXkX 1/3個，說明被拍攝物體的表面 的結構特征足夠精細，最鄰近像素之間的值可以區(qū)分，可以進一步嘗試縮小觀察窗的范圍 各st印行和st印列，以減少計算工作量令m = Hi0-St印，η = nQ-st印，重新計算觀察窗的 自關聯(lián)系數(shù)，并進行上述比較，遞進參數(shù)step每次增加1，直到所選觀察窗區(qū)域滿足上述不 等式的自關聯(lián)系數(shù)的個數(shù)不小于kXkX 1/3，這時，認為搜索到了最佳觀察窗像素陣列。
6.根據(jù)權利要求3所述的以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置， 其特征在于，所述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述紅 色、綠色或藍色的邊方向數(shù)據(jù)的定義是根據(jù)像素陣列中紅色、綠色或藍色這三種基色之一的分量數(shù)據(jù)，沿著X軸或者沿著Y軸 方向，如果一個像素的某種三基色分量值比其后面的第二個像素相應的三基色分量值還要 小一個誤差容限值error，即如果I (X，Y)紅< I 紅(X+2，Y) -error 或 I (X，Y)紅< I (X，Y+2)紅-error I (X，Y) a< I 綠(x+2, Y) -error 或 I (X，Y)綠< I (X，Y+2) s-error I (X，Y) ffi< Iffi (X+2, Y) -error 或 I (X，Y) ffi< I (X，Y+2) -error 則定義這兩個像素之間存在一個紅色的、綠色的或藍色的正邊；如果一個像素的某種 三基色分量值比其后面的第二個像素相應的三基色分量值還要大一個誤差容限值error， 即如果I(X，Y)紅> I 紅(X+2，Y)+error 或 I (X，Y)紅> I (Χ, Y+2)紅+error I (X，Y)綠> I 綠(X+2, Y) +error 或 I (X，Y)綠> I (X，Y+2) s+error I (X，Y) ffi> Iffi (X+2, Y) +error 或 I (X，Y) ffi> I (X，Y+2) +error 則定義這兩個像素之間存在一個紅色的、綠色的或藍色的負邊；如此獲得的邊位于該 像素之后的第一個像素的位置，也即位于參與比較的兩個像素的中間位置的那個像素上； 如果一個像素的某種三基色分量值與其后面的第二個像素相應的三基色分量值接近，其 RGB分量值相差不超過一個誤差容限值error，即如果 I (X+2, Y)紅-error < I (X，Y)紅 < I (X+2, Y) a +error 或 I (X，Y+2) 紅—error < I (X，Y)紅 彡 I (X，Y+2) 紅 +error ； I (x+2, Y) s-error ( I (X，Y)綠彡 I (X+2, Y) s+error 或 I (X，Y+2) s-error ( I (X，Y)綠彡 I (X，Y+2) s+error ； I (X+2, Y) -error 彡 I (X，Y)藍彡 I (X+2, Y) +error 或 I (X，Y+2) -error 彡 I (X，Y)藍彡 I (X，Y+2) +error ；則認為這兩個像素之間不存在該顏色波長對應的“邊”，或稱之為第三類該顏色的邊； 沿著某一個坐標軸方向，所有的紅色的正邊和紅色的負邊以及第三類紅色的邊組成該方向 紅色的邊方向數(shù)據(jù)，所有的綠色的正邊和綠色的負邊以及第三類綠色的邊組成該方向綠色 的邊方向數(shù)據(jù)，所有的藍色的正邊和藍色的負邊以及第三類藍色的邊組成該方向藍色的邊 方向數(shù)據(jù)；上述式中的誤差容限值可以根據(jù)具體的光照情況，預置為一個小的數(shù)值，例如 error = 10 ；像素陣列中的四個邊與角上的像素位置不存在邊方向數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權利要求3所述的以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置， 其特征在于，所述攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序之步驟中所述沿 X軸和Y軸方向的三種基色的邊反射狀況，其定義為根據(jù)所選觀測行與觀測列的像素的紅色、綠色或藍色的邊方向數(shù)據(jù)，沿著X軸或沿著 Y軸方向，如果連續(xù)的兩個或多于兩個的某種基色的正邊，或連續(xù)的兩個或多于兩個的該基 色的第三類邊之后跟著一個該基色的負邊，稱之為該基色的第一類邊反射狀況，即認為在 此位置存在一個該基色的峰；如果連續(xù)的兩個或多于兩個的某種基色的負邊，或連續(xù)的兩 個或多于兩個的該基色的第三類邊之后跟著一個該基色的正邊，稱之為該基色的第二類邊 反射狀況，即認為在此位置存在一個該基色的谷；沿著X軸或沿著Y軸方向，三種基色之一其所有的峰和谷組成圖像幀該基色沿該坐標軸方向的邊反射狀況。
全文摘要
以三基色峰谷為特征測量沿光軸方向的位移的方法及裝置，由一臺普通的計算機及其攝像頭、一臺步進電機及其接口電路以及攝像頭軸向位移裝置組成。攝像頭被安裝在一個由高精度微位移步進電機為核心組成的軸向位移裝置上，該步進電機通過步進電機接口電路連接到計算機的RS232C接口，計算機配置有攝像頭拍攝以及根據(jù)三基色峰谷數(shù)據(jù)測量軸向位移程序。通過計算自關聯(lián)系數(shù)，自動分析并選取最佳觀察區(qū)域；通過計算機RS232C接口控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，操作攝像頭前進或后退；通過分析并測量圖像幀的三種基色沿兩個坐標軸方向的峰和谷的數(shù)目，以其最多之處作為最佳成像聚焦位置，從而獲得軸向相對位移。本發(fā)明測量方法新穎，能夠適應某種程度的環(huán)境光照變化。
文檔編號G01B11/02GK102095374SQ20091019162
公開日2011年6月15日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權日2009年11月27日
發(fā)明者曾藝 申請人:曾藝