本發(fā)明涉及光電位移精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法及裝置。

背景技術(shù)：

光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的、集光、機(jī)、電于一體的數(shù)字角度位置傳感器。光電編碼器是由光柵碼盤和光電檢測(cè)裝置組成。它的測(cè)量范圍較廣，被廣泛應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀，雷達(dá)，航空航天，機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，指揮儀和高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。在航天、軍事、工業(yè)這些對(duì)器件的體積和重量有著嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，對(duì)光電編碼器的要求不僅是要減小其外徑尺寸和重量，更要提高光電編碼器的分辨力和精度。因此，在縮小碼盤的同時(shí)，提高光電編碼器的分辨力和測(cè)角精度是目前研究的熱門。

隨著數(shù)字成像技術(shù)的發(fā)展，采用圖像探測(cè)器實(shí)現(xiàn)角位移測(cè)量具有更高的優(yōu)勢(shì)。圖像式角位移測(cè)量技術(shù)是采用圖像處理的方法對(duì)光柵碼盤的刻線圖案進(jìn)行識(shí)別進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨力角位移測(cè)量的方法。在采用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)光柵碼盤的編碼進(jìn)行譯碼的同時(shí)，研究一種角位移細(xì)分算法能夠在原有光柵碼盤刻線數(shù)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)角分辨力。

圖像的噪聲、成像透鏡的離焦等因素都會(huì)極大的影響細(xì)分算法，雖然數(shù)字圖像濾波可以濾除噪聲，但是也會(huì)使圖像信息丟失角度測(cè)量信息。傳統(tǒng)的圖像式角位移測(cè)量技術(shù)采用“質(zhì)心算法”完成角位移細(xì)分算法，其算法受圖像噪聲、離焦因素的影響較大，并且計(jì)算時(shí)“窗口”大小的選擇也會(huì)影響“質(zhì)心算法”細(xì)分的結(jié)果。因此，研究一種抗干擾性強(qiáng)，離焦影響小，并具有較強(qiáng)適應(yīng)性的角度細(xì)分算法是提高圖像式角位移測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法及裝置，具有抗干擾性強(qiáng)，離焦影響小并具有較強(qiáng)適應(yīng)性，提高圖像式角位移測(cè)量技術(shù)的有益效果。

本發(fā)明的第一方面提供了一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法，所述方法包括：

獲取光柵碼盤上的基準(zhǔn)刻線圖像，基準(zhǔn)刻線是均勻刻劃在光柵碼盤同一直徑位置上的等間距、等寬的一組刻線；

對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果；

利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)；

利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果。

可選地，所述對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，包括：

采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果。

可選地，所述采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，包括：

采用二次線性函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述二次線性函數(shù)表達(dá)式如下：

f(x)＝ax²+bx+c

其中，a,b,c分別為各項(xiàng)系數(shù)，x為基準(zhǔn)刻線圖像的像素點(diǎn)位置值；或者

還可以采用高斯函數(shù)對(duì)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述高斯函數(shù)表達(dá)式為：

其中，a為函數(shù)幅值，x0為函數(shù)中心點(diǎn)，σ為函數(shù)擴(kuò)展范圍。

可選地，所述采用二次線性函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果之后，所述方法還包括：

計(jì)算窗口n內(nèi)f(x)與p(x)差值的平方和m最小時(shí)的系數(shù)a,b,c值，所述m具體為：

可選地，所述計(jì)算窗口n內(nèi)f(x)與p(x)差值的平方和m最小時(shí)的系數(shù)a,b,c值，包括：

分別對(duì)m計(jì)算a,b,c的偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到三元三次方程組的系數(shù)矩陣；

對(duì)所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣進(jìn)行處理得到a,b,c的值。

可選地，所述分別對(duì)m計(jì)算a,b,c的偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到三元三次方程組的系數(shù)矩陣，包括：

所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣如下：

可選地，所述對(duì)所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣進(jìn)行處理得到a,b,c的值，包括：

經(jīng)過(guò)變換可以得到方程組：

a(a1-a3c1)+b(b1-b3c1)＝d1-d3c1

a(a2-a3c2)+b(b2-b3c2)＝d2-d3c2

c＝d3-aa3-bb3，

其中，a1～a3,b1～b3,c1～c3分別是所述方程組中a,b,c的系數(shù)，通過(guò)對(duì)所述方程組求解得到唯一的一組解{a,b,c}，所述唯一的一組解{a,b,c}為a,b,c的值。

可選地，所述采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，包括：

可選地，所述利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)，包括：求取所述最小二乘法擬合函數(shù)f(x)的極大值所在位置。令f(x)的導(dǎo)數(shù)f(x)'＝0，并求此時(shí)x的值，即為基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)z的值。

可選地，利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系計(jì)算所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果。

可選地，所述角位移預(yù)設(shè)關(guān)系為：

其中，利用第一基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)和圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第一交點(diǎn)z1，第二基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)與圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第二交點(diǎn)z2，所述圖像探測(cè)識(shí)別線與圖像中心線相交的第三交點(diǎn)z0，2ⁿ為所述光柵碼盤上基準(zhǔn)刻線的數(shù)量。

本發(fā)明的第二方面提供一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分裝置，所述裝置包括：

獲取單元，用于獲取光柵碼盤上的基準(zhǔn)刻線圖像，基準(zhǔn)刻線是均勻刻劃在光柵碼盤同一直徑位置上的等間距、等寬的一組刻線；

擬合單元，用于對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果；

計(jì)算單元，用于利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)；

處理單元，用于利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果。

可選地，所述擬合單元具體用于：

采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果。

可選地，所述擬合單元具體用于：

采用二次線性函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述二次線性函數(shù)表達(dá)式如下：

f(x)＝ax²+bx+c

其中，a,b,c分別為各項(xiàng)系數(shù)，x為基準(zhǔn)刻線圖像的像素點(diǎn)位置值。

可選地，所述計(jì)算單元還用于：

計(jì)算窗口n內(nèi)f(x)與p(x)差值的平方和m最小時(shí)的系數(shù)a,b,c值，所述m具體為：

可選地，所述擬合單元還用于：

分別對(duì)m計(jì)算a,b,c的偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到三元三次方程組的系數(shù)矩陣；

對(duì)所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣進(jìn)行處理得到a,b,c的值。

可選地，所述擬合單元還用于：

所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣如下：

可選地，所述擬合單元用于：

經(jīng)過(guò)變換可以得到方程組：

a(a1-a3c1)+b(b1-b3c1)＝d1-d3c1

a(a2-a3c2)+b(b2-b3c2)＝d2-d3c2

c＝d3-aa3-bb3，

其中，a1～a3,b1～b3,c1～c3分別是所述方程組中a,b,c的系數(shù)，通過(guò)對(duì)所述方程組求解得到唯一的一組解{a,b,c}，所述唯一的一組解{a,b,c}為a,b,c的值。

可選的，所述計(jì)算單元用于：

計(jì)算所述基準(zhǔn)刻線中心點(diǎn)計(jì)算結(jié)果，包括：求取所述最小二乘法擬合函數(shù)f(x)的極大值所在位置。令f(x)的導(dǎo)數(shù)f(x)'＝0，并求此時(shí)x的值，即為基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)z的值。

可選地，所述擬合單元也可以用于：

采用高斯函數(shù)對(duì)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述高斯函數(shù)表達(dá)式為：

其中，a為函數(shù)幅值，x0為函數(shù)中心點(diǎn)，σ為函數(shù)擴(kuò)展范圍。

可選地，所述處理單元可以用于：

利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果。

可選地，所述角位移預(yù)設(shè)關(guān)系為：

其中，利用第一基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)和圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第一交點(diǎn)z1，第二基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)與圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第二交點(diǎn)z2，所述圖像探測(cè)識(shí)別線與圖像中心線相交的第三交點(diǎn)z0，2ⁿ為所述光柵碼盤上基準(zhǔn)刻線的數(shù)量。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法及裝置，所述方法包括：獲取光柵碼盤上的基準(zhǔn)刻線圖像，基準(zhǔn)刻線是均勻刻劃在光柵碼盤同一直徑位置上的等間距、等寬的一組刻線；對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合,得到第一計(jì)算結(jié)果；利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)；利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果，具有抗干擾性強(qiáng)，離焦影響小并具有較強(qiáng)適應(yīng)性，提高圖像式角位移測(cè)量技術(shù)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法的原理圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法的角位移計(jì)算原理圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的說(shuō)明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的實(shí)施例能夠以除了在這里圖示或描述的內(nèi)容以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒(méi)有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

結(jié)合圖1所示，本發(fā)明的第一方面提供了一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法，包括：基準(zhǔn)刻線圖像1、擬合計(jì)算2、中心點(diǎn)計(jì)算3、角位移計(jì)算4、角度細(xì)分結(jié)果5。該算法根據(jù)圖像探測(cè)器采集到的光柵碼盤上基準(zhǔn)刻線圖像1，采用圖像擬合計(jì)算2實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)刻線圖像1中每一條基準(zhǔn)刻線的圖像分別進(jìn)行擬合；根據(jù)擬合計(jì)算結(jié)果2，采用中心點(diǎn)計(jì)算3得出光柵碼盤上“基準(zhǔn)刻線”的中心的精確位置；在完成對(duì)光柵碼盤圖像中相鄰的兩條“基準(zhǔn)刻線”中心點(diǎn)位置的計(jì)算后，采用角位移計(jì)算4得到當(dāng)前碼盤旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果5。

具體地，結(jié)合圖2所示，所述方法包括：

s101、獲取光柵碼盤上的基準(zhǔn)刻線圖像，基準(zhǔn)刻線是均勻刻劃在光柵碼盤同一直徑位置上的等間距、等寬的一組刻線；

s102、對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果；

s103、利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)；

s104、利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果。

可選地，所述對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，包括：

采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果。

可選地，所述采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，包括：

采用二次線性函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述二次線性函數(shù)表達(dá)式如下：

f(x)＝ax²+bx+c

其中，a,b,c分別為各項(xiàng)系數(shù)，x為基準(zhǔn)刻線圖像的像素點(diǎn)位置值。

可選地，所述擬采用二次線性函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果之后，所述方法還包括：

計(jì)算窗口n內(nèi)f(x)與p(x)差值的平方和m最小時(shí)的系數(shù)a,b,c值，所述m具體為：

可選地，計(jì)算窗口n內(nèi)f(x)與p(x)差值的平方和m最小時(shí)的系數(shù)a,b,c值，包括：

分別對(duì)m計(jì)算a,b,c的偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到三元三次方程組的系數(shù)矩陣；

對(duì)所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣進(jìn)行處理得到a,b,c的值。

可選地，所述分別對(duì)m計(jì)算a,b,c的偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到三元三次方程組的系數(shù)矩陣，包括：

所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣如下：

可選地，所述對(duì)所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣進(jìn)行處理得到a,b,c的值，包括：

經(jīng)過(guò)變換可以得到方程組：

a(a1-a3c1)+b(b1-b3c1)＝d1-d3c1

a(a2-a3c2)+b(b2-b3c2)＝d2-d3c2

c＝d3-aa3-bb3，

其中，a1～a3,b1～b3,c1～c3分別是所述方程組中a,b,c的系數(shù)，通過(guò)對(duì)所述方程組求解得到唯一的一組解{a,b,c}，所述唯一的一組解{a,b,c}為a,b,c的值。

可選的，利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)，包括：求取所述最小二乘法擬合函數(shù)f(x)的極大值所在位置。令f(x)的導(dǎo)數(shù)f(x)'＝0，并求此時(shí)x的值，即為基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)z的值。

可選地，所述采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，包括：

還可以采用高斯函數(shù)對(duì)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述高斯函數(shù)表達(dá)式為：

其中，a為函數(shù)幅值，x0為函數(shù)中心點(diǎn)，σ為函數(shù)擴(kuò)展范圍。

結(jié)合圖3所示，可選地，第一基準(zhǔn)刻線11，圖像中心線12、第二基準(zhǔn)刻線13，圖像探測(cè)器識(shí)別線14.所述第一基準(zhǔn)刻線11與所述第二基準(zhǔn)刻線13為分布在所述圖像中心線12兩側(cè)的相鄰基準(zhǔn)刻線，所述角位移預(yù)設(shè)關(guān)系為：

其中，利用第一基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)和圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第一交點(diǎn)z1，第二基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)與圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第二交點(diǎn)z2，所述圖像探測(cè)識(shí)別線與圖像中心線相交的第三交點(diǎn)z0，2ⁿ為所述光柵碼盤上基準(zhǔn)刻線的數(shù)量。

針對(duì)采用二次線性函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合，下面進(jìn)行具體說(shuō)明：

二次線性函數(shù)表達(dá)式如式(1)所示。

f(x)＝ax²+bx+c(1)

式(1)中，a,b,c分別為各項(xiàng)系數(shù)。為擬合細(xì)分基準(zhǔn)刻線，應(yīng)使窗口n內(nèi)函數(shù)值f(x)與像素灰度值p(x)差值的平方和m最小，如式(2)所示。

所述窗口n的大小采用閾值計(jì)算方法，即設(shè)閾值為預(yù)設(shè)值α，當(dāng)p(x)≥α?xí)r的x的范圍為n的窗口范圍。為了求m取極小值時(shí)的系數(shù)a,b,c，分別對(duì)m求a,b,c的偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零，得到：

設(shè)式(3)(4)(5)的三元三次方程組的系數(shù)矩陣如式(6)所示。

式(6)中x∈n，經(jīng)過(guò)變換可以得到：

式(7)中，a1～a3,b1～b3,c1～c3分別是程組中a,b,c的系數(shù)。通過(guò)對(duì)式(7)的求解可以得到唯一的一組解{a,b,c}。

所述中心點(diǎn)計(jì)算是根據(jù)式(7)中{a,b,c}的求解結(jié)果進(jìn)行求解，如式(9)所示。

采用高斯函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合的時(shí)候，高斯函數(shù)表達(dá)式如式(8)所示。

式(8)中，a為函數(shù)幅值，x0為函數(shù)中心點(diǎn)，σ為函數(shù)擴(kuò)展范圍。采用高斯函數(shù)對(duì)所示基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合的方法參照二次線性函數(shù)方法，這里不在敘述。

結(jié)合圖3所示，第一基準(zhǔn)刻線11，圖像中心線12、第二基準(zhǔn)刻線13，圖像探測(cè)器識(shí)別線14.所述第一基準(zhǔn)刻線11與所述第二基準(zhǔn)刻線13為分布在所述圖像中心線12兩側(cè)的相鄰基準(zhǔn)刻線；第一基準(zhǔn)刻線11與第二基準(zhǔn)刻線13的中心點(diǎn)與圖像探測(cè)器識(shí)別線14相交于點(diǎn)z1和z2,兩點(diǎn)；所述圖像探測(cè)器識(shí)別線14與所述圖像中心線12相交于z0；o點(diǎn)為光柵碼盤的圓心；θ即為所述角度細(xì)分結(jié)果5。設(shè)2ⁿ為光柵碼盤中圓周內(nèi)刻劃基準(zhǔn)刻線的數(shù)量，那么角位移計(jì)算方法如式(10)所示。

通過(guò)上述計(jì)算過(guò)程可以獲得角位移的細(xì)分結(jié)果。

結(jié)合圖4所示，本發(fā)明的第二方面提供一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分裝置，所述裝置包括：

獲取單元201，用于獲取光柵碼盤上的基準(zhǔn)刻線圖像，基準(zhǔn)刻線是均勻刻劃在光柵碼盤同一直徑位置上的等間距、等寬的一組刻線；

擬合單元202，用于對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果；

計(jì)算單元203，用于利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)；

處理單元204，用于利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果。

可選地，所述擬合單元202具體用于：

采用最小二乘法對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果。

可選地，所述擬合單元202具體用于：

采用二次線性函數(shù)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述二次線性函數(shù)表達(dá)式如下：

f(x)＝ax²+bx+c

其中，a,b,c分別為各項(xiàng)系數(shù)，x為擬合細(xì)分基準(zhǔn)刻線。

可選地，所述擬合單元202還用于：

計(jì)算窗口n內(nèi)f(x)與p(x)差值的平方和m最小時(shí)的系數(shù)a,b,c值，所述m具體為：

可選地，所述擬合單元202還用于：

分別對(duì)m計(jì)算a,b,c的偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于零，得到三元三次方程組的系數(shù)矩陣；

對(duì)所述三元三次方程組的系數(shù)矩陣進(jìn)行處理得到a,b,c的值。

可選地，所述擬合單元202還用于：

三元三次方程組的系數(shù)矩陣如下：

可選地，所述擬合單元202用于：

經(jīng)過(guò)變換可以得到方程組：

a(a1-a3c1)+b(b1-b3c1)＝d1-d3c1

a(a2-a3c2)+b(b2-b3c2)＝d2-d3c2

c＝d3-aa3-bb3，

其中，a1～a3,b1～b3,c1～c3分別是所述方程組中a,b,c的系數(shù)，通過(guò)對(duì)所述方程組求解得到唯一的一組解{a,b,c}，所述唯一的一組解{a,b,c}為a,b,c的值。

可選地，所述擬合單元202還可用于：

采用高斯函數(shù)對(duì)對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果，所述高斯函數(shù)表達(dá)式為：

其中，a為函數(shù)幅值，x0為函數(shù)中心點(diǎn)，σ為函數(shù)擴(kuò)展范圍。

可選的，所述計(jì)算單元203用于：

計(jì)算所述基準(zhǔn)刻線中心點(diǎn)計(jì)算結(jié)果，包括：求取所述最小二乘法擬合函數(shù)f(x)的極大值所在位置。令f(x)的導(dǎo)數(shù)f(x)'＝0，并求此時(shí)x的值，即為基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)z的值。

可選地，所述處理單元204可以用于：

利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果。

可選地，所述角位移預(yù)設(shè)關(guān)系為：

其中，利用第一基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)和圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第一交點(diǎn)z1，第二基準(zhǔn)刻線的中心點(diǎn)與圖像探測(cè)識(shí)別線相交的第二交點(diǎn)z2，所述圖像探測(cè)識(shí)別線與圖像中心線相交的第三交點(diǎn)z0，2ⁿ為所述光柵碼盤上基準(zhǔn)刻線的數(shù)量。

本發(fā)明提供的基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法及裝置，所述方法包括：獲取光柵碼盤上的基準(zhǔn)刻線圖像，基準(zhǔn)刻線是均勻刻劃在光柵碼盤同一直徑位置上的等間距、等寬的一組刻線；對(duì)所述基準(zhǔn)刻線圖像中相鄰的兩條基準(zhǔn)刻線分別為第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線進(jìn)行擬合得到第一計(jì)算結(jié)果；利用所述第一計(jì)算結(jié)果計(jì)算所述光柵碼盤上第一基準(zhǔn)刻線和第二基準(zhǔn)刻線之間的中心點(diǎn)位置參數(shù)；利用角位移預(yù)設(shè)關(guān)系和所述中心點(diǎn)位置參數(shù)獲得所述光柵碼盤當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置的角度細(xì)分結(jié)果，具有抗干擾性強(qiáng)，離焦影響小并具有較強(qiáng)適應(yīng)性，提高圖像式角位移測(cè)量技術(shù)。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。

在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過(guò)其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，例如多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點(diǎn)，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過(guò)一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。

所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括：只讀存儲(chǔ)器(rom，readonlymemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram，randomaccessmemory)、磁盤或光盤等。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種基于圖像探測(cè)器的亞像素級(jí)角位移細(xì)分方法及裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。