專利名稱：減少內參考像位移時圖像相關系統(tǒng)位置誤差的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像相關系統(tǒng)。
背景技術：
多種知名設備是使用由傳感器陣列獲得的圖像，以及由傳感器陣列獲得的圖像之間的相關性，來確定變形和/或偏移。例如，有一種這樣的設備是以獲得斑點圖像為基礎的，該斑點圖像通過用光源照射光粗糙表面而產生。通常，光源是相干光源，諸如產生激光的光源。這種產生激光的光源包括激光器、激光二極管等。在光粗糙表面用光源照射后，從光粗糙表面發(fā)散的光線在光學傳感器上成像。光學傳感器可以是電荷耦合器件(CCD)，或半導體圖像傳感器陣列，諸如CMOS圖像傳感器陣列等。
在移動或變形光粗糙表面之前，第一或參考斑點圖像被捕捉并存儲。接著，在移動或變形光粗糙表面之后，第二或后來的斑點圖像被捕捉并存儲。隨后參考和第二斑點圖像進行基于像素的比較。總體來說，要進行多次比較。在每次比較中，參考和第二斑點圖像會發(fā)生彼此相關的偏移或空間變化。在每次比較之間，偏移量或空間變化會增加一個已知的量，諸如一個圖像要素、像素或圖像要素或像素的整數(shù)。
在每次比較中，參考圖像中特定像素的圖像值與對應的第二像素的圖像值相乘或相減，其中，根據偏移量來決定對應的第二像素。每次像素間操作所產生的值被累積起來以決定參考和第二圖像之間比較的相關值。該相關值隨后可有效地描繪出偏移量或空間轉化的位置，用以決定相關函數(shù)值的點的比較。在參考和第一圖像之間具有最大相關性的偏移將在相關函數(shù)值點的曲線上產生峰值或谷底值，這取決于像素間的比較是怎樣進行的。峰值或谷底值的偏移量表示參考和第二斑點圖像之間的位移或變形。
在需要子像素分辨率和準確性的圖像相關系統(tǒng)中，子像素分辨率通過子像素的內插法獲得。在已知的實驗室類型的系統(tǒng)中，子像素內插法通常是通過以下幾步來進行的，即以連續(xù)函數(shù)來擬合常規(guī)交叉函數(shù)的離散像素與像素之間的點，以子像素的分辨率來定位擬合函數(shù)的極值或峰值，以及假設極值或峰值，其中定位是對參考和第二圖像之間真實偏移以及相關位移的最好估算。同樣已知的是向合成圖像施加相同的步驟，該合成圖像是在子像素步驟向相鄰原始像素之間插值而產生的，就好像圖像是采用在理想子像素位置上的像素而形成的。
在需要子像素分辨率的傳統(tǒng)圖像相關系統(tǒng)和高準確性實驗室系統(tǒng)中，當確定參考圖像和第二圖像之間子像素分辨率的偏移時，在子像素中引入了系統(tǒng)位移誤差。比如，由用于交叉相關算法的內插方法所引起的系統(tǒng)位移誤差可被引入子像素圖像相關當中。在確定位移當中的系統(tǒng)誤差可受很多因素的影響，諸如斑點圖案的頻率內容、振幅衰減以及用于相關中內插器的相位誤差。在確定位移當中的系統(tǒng)誤差也會受用于模擬相關函數(shù)，諸如線性的、二次的、高斯等類型的內插函數(shù)的影響。
通過參考其全部并為了所有目的而明確地結合于此的美國專利申請第09/731,671號，披露了在基于相實性的位置傳感器中用于決定高準確度位移的系統(tǒng)和方法。671號申請披露了在基于相關性的位置傳感器等中估算圖像的子像素位移的系統(tǒng)和方法。隨后這些系統(tǒng)和方法舍棄了系統(tǒng)位移的估算誤差，該誤差是在傳統(tǒng)子像素估算方法應用于多個相關函數(shù)的數(shù)值點時所產生的，特別是當相關函數(shù)值點非對稱排列時。
通過參考其全部并為了所有目的而明確地結合于此的美國專利申請第09/860,636號，披露了減少圖像相關系統(tǒng)中積累的系統(tǒng)誤差的系統(tǒng)和方法。在636號申請中，提供該系統(tǒng)和方法以在基于圖像相關性的位置傳感器等中減少圖像的子像素位移中所積累的系統(tǒng)誤差。但是，在636號申請中披露的系統(tǒng)和方法并沒有補償在圖像相關系統(tǒng)中由于未校準光源或光失真或兩者都存在而帶來的位置誤差。

發(fā)明內容
除了系統(tǒng)位移誤差，發(fā)明人已確定了，需要子像素分辨率的圖像相關系統(tǒng)和高準確度實驗室系統(tǒng)還將受到由于未校準光源或光失真或兩者都存在而產生的位置誤差的影響。比如，671號申請中披露的系統(tǒng)和方法并未補償圖像相關系統(tǒng)中由于未校準光源或光失真或兩者都存在所帶來的位置誤差。相類似地，636號申請中披露的系統(tǒng)和方法并未補償在圖像相關系統(tǒng)中由于未校準光源或光失真或兩者都存在所帶來的位置誤差。
發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)的圖像相關系統(tǒng)中，當確定偏移位置時引入了內參考圖像位置誤差，其中，位移誤差取決于參考圖像和第二圖像之間的位移。也就是說，內參考圖像位置誤差是在不需要改變參考圖像的位移范圍內發(fā)生的誤差。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在多種典型圖像相關系統(tǒng)中，內參考圖像的位移誤差會由于未校準光源和/或光失真而發(fā)生。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當?shù)诙D像的位置與參考圖像位置偏移了好幾個像素時，這種內參考圖像誤差將不利地影響圖像相關系統(tǒng)的準確性。因此，除非參考圖像的位置間隔幾個像素就改變，否則圖像相關系統(tǒng)的準確性將由于這些位置誤差而受到影響。另一方面，頻繁改變參考圖像的位置以防止這種位置誤差將不利地影響系統(tǒng)的存儲需求和測量所能達到的速度。當改變參考圖像時，這也會增加積累的誤差，正如636號申請中所討論的。
在高準確定位等中使用圖像相關的傳統(tǒng)圖像相關設備和實驗室系統(tǒng)中，由于未校準光源和光失真而發(fā)生的位置誤差所帶來的實際問題還未被充分考慮到。
特別是，這些傳統(tǒng)的設備和高準確度實驗室系統(tǒng)等已經對減少或校正由于未校準光源和/或光失真而引起的位置誤差提出了不成熟想法。也就是，這些傳統(tǒng)設備和高準確度實驗室系統(tǒng)等已經對當位移超過幾個像素間隔時由于未校準光源和/或光失真而產生的位置誤差提出了不成熟想法。這些位置誤差，及其它諸如內參考圖像位置誤差之類的位置誤差都是特定系統(tǒng)設計和/或結構的特征。因此，對于特定系統(tǒng)設計和/或結構，這樣的誤差可具備這樣的特征，即與未規(guī)定或任意參考圖像位置相關的位移有關。此后，與任何參考圖像位置相關的位移都可根據該特征進行補償或校正。
本發(fā)明分別地提供了用于減少與參考圖像和第二圖像之間的位移相關的內參考圖像誤差的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明分別地提供了用于減少圖像相關系統(tǒng)中可能由于未校準光源和/或光失真而引起的位置誤差的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明分別地提供了用于減少位置誤差的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明分別地提供了用于減少在諸如基于相關性位置傳感器等圖像相關位移檢測系統(tǒng)中的位置誤差的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明分別地提供了通過實時計算來增加準確位移判定速度的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明分別地提供了參考圖像不需要頻繁改變的系統(tǒng)和方法，通過減少或校正由于參考圖像和第二圖像之間的位移而發(fā)生的內參考圖像位置誤差。
本發(fā)明分別地提供了參考圖像不需要頻繁改變的系統(tǒng)和方法，通過減少或校正由于參考圖像和第二圖像之間的位移而產生的內參考圖像位置誤差，其中的位移由諸如未校準光源和/或光失真之類的因素所產生。
本發(fā)明分別地提供了參考圖像不需要頻繁改變的系統(tǒng)和方法，通過校正或減少由于未校準光源和/或光失真所帶來的位置誤差。
本發(fā)明分別地提供了特別適用于使用斑點圖像來測量表面位移的系統(tǒng)和方法。
根據本發(fā)明的系統(tǒng)和方法將參考探測“圖像”進行描述，其中術語“圖像”并不局限于光學圖像，而是更加概括地涉及一維、兩維或更高維排列的探測值系列。類似地，此處使用的術語“像素”并不局限于光學圖像元素，而是更加概括地涉及一維、兩維或更高維排列的探測值系列的量化度。應該理解的是，術語“圖像”并不局限于完整的圖像，而是更加概括地涉及任何圖像部分，包括一維、兩維或更高維排列的探測值系列。
根據本發(fā)明的系統(tǒng)和方法根據與像素間隔相關的第一空間頻率和與參考圖像變化相關的第二空間頻率來估算內參考圖像位移中的位置誤差。
在根據本發(fā)明相關系統(tǒng)和方法的各種典型實施例中，確定不同系統(tǒng)位置誤差方法的好處，即當任何已知或后來發(fā)展的圖像相關方法被用于確定參考圖像和位移圖像之間或當前的參考圖像和新的參考圖像之間的位移時而產生的好處，可通過減少或校正由于參考圖像和第二圖像之間的位移而產生的內參考圖像位置誤差來保持，其中的位移諸如那些由于未校準光源和/或光失真所引起的。
在根據本發(fā)明相關系統(tǒng)和方法的其它各種典型實施例中，系統(tǒng)和方法特別適用于斑點圖像的應用。
在根據本發(fā)明相關系統(tǒng)和方法的其它各種典型實施例中，系統(tǒng)和方法特別適用于高度準確地以高速來減少帶斑點圖像型讀數(shù)頭的圖像相關中的積累誤差。
本發(fā)明的這些和其它的特征和優(yōu)點將通過以下詳細描述根據本發(fā)明系統(tǒng)和方法的各種典型實施例來描述或變得明顯。


本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將通過閱讀以下的詳細描述和附圖而變得明顯，其中的附圖只是用來描述，而并非限制本發(fā)明，其中圖1是與斑點圖像相關的光學位置傳感器的框圖；圖2描繪了當前的參考和位移圖像之間的關系以及當前的參考和位移圖像中用于根據第一技術產生相關值的部分；
圖3描繪了當前的參考和位移圖像之間的關系以及當前的參考和位移圖像中用于根據第二技術產生相關值的部分；圖4描繪了當前的參考和位移圖像之間的關系以及當前的參考和位移圖像中用于根據第三技術產生相關值的部分；圖5是描繪通過用傳統(tǒng)乘法相關函數(shù)比較第一和第二圖像來獲得相關函數(shù)的一個典型實施例的圖表，此時，第一和第二圖像是以連續(xù)像素的位移方式偏置的；圖6是描繪在參考圖像和當前的位移圖像之間一系列位移位置上的系統(tǒng)位移誤差的圖表；圖7是描繪圖像相關測量系統(tǒng)中典型的內參考圖像位置誤差與參考圖像和當前的位移圖像位置之間位移位置的關系的一個典型實施例的圖表；圖8是描繪所測的內參考圖像位置誤差和基于第一補償函數(shù)的補償內參考圖像位置誤差的圖表，它根據本發(fā)明系統(tǒng)和方法的一個典型實施例獲得，適用于圖像相關測量系統(tǒng)，其中參考圖像以大約52.7微米的位移更新；圖9描繪了所測內參考圖像位置誤差和基于第二補償函數(shù)的補償內參考圖像位置誤差，它根據本發(fā)明系統(tǒng)和方法的一個典型實施例獲得，適用于圖像相關測量系統(tǒng)，其中，參考圖像以大約94.6微米的位移更新；圖10描繪了所測內參考圖像位置誤差和基于第三補償函數(shù)的補償內參考圖像位置誤差，它根據本發(fā)明系統(tǒng)和方法的一個典型實施例獲得，適用于圖像相關測量系統(tǒng)，其中，參考圖像以大約95微米的位移更新；圖11是概括獲取描述根據本發(fā)明的內參考圖像位置誤差的函數(shù)參數(shù)的方法的一個典型實施例的流程圖；圖12是概括用于補償位移位置測量以基于描述內參考圖像位置誤差的預定函數(shù)來預定減少所測位移位置中內參考圖像位置誤差的方法的一個典型實施例的流程圖；圖13是更詳細概括根據本發(fā)明圖1的斑點圖像相關光學位置傳感器的信號發(fā)生及處理電路的一個典型實施例的框圖；圖14是更詳細概括可與根據本發(fā)明圖13的信號發(fā)生及處理電路一起使用的內參考圖像誤差補償判定電路或線路的一個典型實施例的框圖；以及圖15是更詳細概括可與根據本發(fā)明的一起使用的內參考圖像誤差補償電路或線路的一個典型實施例的框圖。
具體實施例方式
圖1是基于斑點圖像的光學位置傳感器100的框圖。在美國申請序列號第09/584,264中更詳細地描述了基于斑點圖像的光學位置傳感器100，以及多種適用的機械和光學結構、圖像相關方法及相關的信號處理電路，為了清楚的目的通過參考完整地結合于此。
圖1中所示的基于斑點圖像的光學位置傳感器100包括讀數(shù)頭126、信號發(fā)生及處理電路200和光粗糙表面104。在圖1中，示出的讀數(shù)頭126的部件及它們與光粗糙表面104的關系是基本符合典型的物理結構而設計的，如下文中要描述的。
特別是，光漫射或光粗糙表面104是定位在讀數(shù)頭126的照射和接收端附近，以便當光粗糙表面104被讀數(shù)頭126端的光源130發(fā)射的光線照射時，發(fā)生的光線從光粗糙表面104發(fā)散回固定在讀數(shù)頭126端的圖像接收光學元件。光粗糙表面104可以是特別提供元件的部分，也可以作為單獨存在的機械裝置的整個表面來提供。
在任何一種情況下，光粗糙表面104都與光源和裝在讀數(shù)頭126中的光學系統(tǒng)成基本不變的距離而固定，并沿著相關運動的至少一個規(guī)定的方向，比如圖1中所示的測量軸110相對于讀數(shù)頭126移動。相關運動通常受安裝在框架上的常規(guī)導軌或軸承(未顯示)的約束，該框架維持讀數(shù)頭126和光粗糙表面104之間合適的相對位置。讀數(shù)頭126可包括有助于安裝讀數(shù)頭126校準部件(未顯示)，它可校準相對于安裝框架的讀數(shù)頭126的內部部件和/或相對于光粗糙表面104運動的所希望的軸向。
如圖1所示，讀數(shù)頭126的圖像接收光學元件包括透鏡140，該透鏡固定在讀數(shù)頭組件100的照射和接收端上，使得透鏡140的光軸與光粗糙表面104的照射點基本對準。讀數(shù)頭126還包括沿著光軸與透鏡140隔開的針孔遮光板150和沿著光軸與遮光板150隔開的光檢測器160，如圖1所示。光檢測器160可以是能用來組成獨立和單個光檢測元件陣列的任何已知或未來發(fā)展的光敏材料或器件，諸如照相機、電子或數(shù)字攝像機、CCD陣列、CMOS光敏元件陣列等。
光粗糙表面104和包括透鏡140、遮光板150和光檢測器160的讀數(shù)頭126的典型間隔和定位，將在以下結合264號專利申請進行描述。讀數(shù)頭126外殼內的光源130、透鏡140、遮光板150以及光檢測器160的安裝可根據小型化光學系統(tǒng)結構和/或工業(yè)照相機結構的傳統(tǒng)方法來進行，只要部件以精確和穩(wěn)定的方式進行安裝即可。
當讀數(shù)頭126適當?shù)囟ㄎ辉诠獯植诒砻?04的附近時，由光檢測器160捕捉到的每幅圖像都包含相對較亮的點或斑點以及相對較暗的點的隨機圖案，在相對較亮的點成斑點上，來自光粗糙表面104的衍射光波正向疊加以形成強度峰值，而在相對較暗的點上，來自光粗糙表面104的衍射光波反向疊加以形成強度谷值。對應于光漫射或光粗糙的表面104的任何照射部分的隨機圖案是獨一無二的，因此光粗糙表面104可因此在不需要任何特殊標志的情況下起位移參考的作用。
光檢測器160具有圖像元素162的陣列166，這些圖像元素沿著至少一個軸向以已知距離相互隔開。已知的間隔提供了用于測量投射到光檢測器160上兩個圖像之間位移或偏移的基礎，并因此也提供了用于測量所判定圖像的表面，即光粗糙表面104的位移的基礎。
另外，讀數(shù)頭126包括至少一部分信號發(fā)生及處理電路200。如圖1所示，來自信號發(fā)生及處理電路200的信號線132與光源130相連接，以控制和/或驅動光源130。信號線164連接著光檢測器160和信號發(fā)生及處理電路200。特別是，陣列166的每個圖像元素162可單獨編址通過信號線164向信號發(fā)生及處理電路200輸出該圖像元素162光強的值。信號發(fā)生及處理電路200的附加部分可遠離讀數(shù)頭126設置，讀數(shù)頭126的功能可遙控操作和顯示。下文中將參考圖12-14對信號發(fā)生及處理電路作更詳細的描述。
如圖1所示，光束134由光源130發(fā)射出并指向著光漫射或光粗糙表面104以照射光漫射或光粗糙表面104的一部分。結果，光漫射或光粗糙表面104被照射的部分在光軸144附近既發(fā)散又衍射?；诎唿c圖像的光學位置傳感器100的有關本實施例以及其它實施例的附加結構和操作將在下文中提供，并結合在264號專利申請中。
當光源130是白光源時，由該白光源發(fā)射的光將產生照射部分的圖像，該圖像可投射到圖像元素162的陣列166上。然而，雖然該圖像可以采用與斑點圖像相關的相同方式相關，但該圖像將不包括由從光漫射或光粗糙表面104的發(fā)散而形成的斑點。
當光源130為相干光源且由信號線132上的驅動信號驅動以輸出作為相干光束的光束134時，相干光束134照射光漫射或光粗糙表面104的一部分。照射的部分位于沿著讀數(shù)頭126光學系統(tǒng)的光軸144。特別是，從光漫射或光粗糙表面104的被照射部分發(fā)散的光線136可由透鏡140聚集。
透鏡140隨后將從光漫射或光粗糙表面104的被照射部分收集的光線142投射到具有針孔孔徑152的針孔遮光板150上。透鏡140與板150相隔距離f，該值等于透鏡140的焦距。針孔遮光板150與光漫射或光粗糙表面104的被照射部分相隔距離h。
通過將板150設置在透鏡140的焦距f上，基于斑點圖像的光學位置傳感器的光學系統(tǒng)就成為遠心的系統(tǒng)。另外，通過在針孔板150中使用針孔152，斑點圖案的斑點大小和擴張只取決于針孔152的尺寸，更確切地說，將與透鏡140的任何透鏡參數(shù)無關。
從透鏡140收集的光線142通過針孔152。特別是，從針孔152通過的光線1 54沿著光軸144并被投射到光檢測器160的圖像元素162的陣列166上。光敏元件162的陣列166的表面與板150相隔距離d。斑點大小只取決于針孔152尺寸所對的角α與針孔板150和由光檢測器160的圖像元素162的陣列166形成的表面之間的距離d。
從光漫射或光粗糙表面104照射到圖像元素162的陣列166上所接收光線的被檢測部分內斑點的近似尺寸D為D≈λ/tan(α)＝(λ*d)/w (1)其中λ是光束134的波長；d是針孔板150和陣列166表面之間的距離；w是圓針孔152的直徑；以及α是當半徑等于距離d時尺寸w所對的角度。
在各種典型實施例中，光學位置傳感器100的這些參數(shù)的典型值包括λ＝0.6um，d＝10cm(105um)，以及w＝1mm(103um)。結果，斑點的近似尺寸D大約為60um。
為了獲得高分辨率，平均斑點的尺寸最好近似地等于或大于光檢測器160的圖像元素162的像素大小。另外，在讀數(shù)頭126的不同實施例中，平均斑點的尺寸近似為圖像元素162的像素間隔的兩倍到十倍。
為了得到圖像，信號發(fā)生及處理電路200通過信號線132輸出驅動信號以驅動相干光源130發(fā)射相干光束134。光束134照射光粗糙表面104的一部分，該部分成像在光檢測器160的圖像元素162的陣列166上。信號發(fā)生及處理電路200隨后通過信號線164輸入多個信號部分，其中，每個信號部分都對應于由一個或多個單獨的圖像元素162所檢測到的圖像值。
為了判定任意兩個圖像之間光粗糙表面104的位移，由信號發(fā)生及處理電路200將光檢測器160接收到的第一圖像的信號部分存入存儲器中。小段時間后，信號發(fā)生及處理電路200再次驅動相干光源130并通過信號線164輸入來自光檢測器160的第二圖像信號。通常，第二圖像必須在第一圖像采集之后的短時間內產生和采集，這取決于光粗糙表面104的位移速度。該時間段必須足夠短以保證第一和第二圖像能充分“重疊”。也就是說，時間段必須足夠短以保證在第一圖像中出現(xiàn)的圖像值圖案也出現(xiàn)在第二圖像中，從而可判定兩個圖像之間明顯的相關性。
然而，在某些典型的實施例中，可能希望在長于獲得下一個位移圖像的時間段內存儲一個或多個對應于特定位置的參考圖像。也就是說，并非將當前的第二圖像用作下一個樣本圖像的第一圖像，而是重復將當前的參考圖像用作連續(xù)的位移圖像。一般來說，當前的參考圖像都可以使用，直到當前的參考圖像和當前的位移圖像不能再充分重疊以產生強相關性的峰值或谷值。以這種方式，正如現(xiàn)有技術中那樣，在連續(xù)圖像之間就沒有位置誤差的積累。
也就是說，在某個點，當前的位移圖像將達到一表示以后的位移圖像將不會充分重疊于當前參考圖像的相對位移值。在該點上，應該確定新的參考圖像，且還應該用確定的新參考圖像代替或更新當前的參考圖像。如所結合的636號專利申請中所描述的，新的參考圖像選自于從第一次使用當前參考圖像所獲得的連續(xù)位移圖像，使得由于在連續(xù)參考圖像之間切換而出現(xiàn)的系統(tǒng)位移誤差所積累的位置誤差是可知道、減少或理想化去除的。
對當前參考圖像和當前位移圖像進行處理以產生相關函數(shù)。在實線中，當前位移圖像在偏移的范圍內或包括使兩個圖像最接近基準的偏移的空間轉化位置相對于當前參考圖像數(shù)字化地移動。相關函數(shù)表示圖案基準的程度，并由此表示當圖像數(shù)字化移動時使兩個圖像能對準所需要的偏移量。
應該理解的是，有幾種用于比較當前參考圖像和當前位移圖像的不同技術。比如，如圖2所示，在第一典型的技術中，以像素為基礎將整幀的當前位移圖像與整幀的當前參考圖像進行比較以產生單個的相關值。在這種情況下，將這些未與其它當前參考和位移圖像的區(qū)域重疊的當前參考和位移圖像區(qū)域中的像素與具有初始值的像素進行比較，或被賦予比較值或其它等。相關值系列，諸如圖5中所示的，通過每次完成比較之后相對于當前參考圖像移動當前位移圖像一個像素來產生。
在如圖3所示的第二典型技術中，以兩步處理過程來完成比較。在第一步中，當前位移圖像的一行或多行與當前參考圖像對應的一行或多行充分比較以產生近似的相關值。對應于圖5所示相關值的一系列近似的相關值，通過在完成每次比較之后相對于當前參考圖像移動當前位移圖像一個像素來產生。因為只使用了少量的行，而不是整個圖像，所以所得的相關值只近似于通過比較當前位移圖像的所有行和當前參考圖像的對應行而得的相關值。然而，近似的相關值確基本上表示了在當前參考和位移圖像之間重疊的近似量。
隨后，在第二步，使用在當前參考和位移圖像之間重疊的判定程度來判定將進行比較以產生相關值的當前位移圖像的部分和當前參考圖像的部分。也就是說，只使用了在相關峰值或谷值附近的相關值來確定內插的子像素位移。因此，只需要在比較當前位移和參考圖像的單行或僅僅幾行的基礎上即可判定相關峰值或谷值附近的相關值。
在該第二步中，對于近似的相關峰值或谷值附近的當前參考和位移圖像之間的每個像素偏移量，只在當前位移和參考圖像疊加的區(qū)域進行以像素為基礎彼此相互比較，以產生該像素偏移量的相關值。因此，對于每個像素偏移量，比較部分的大小與其它的像素偏移量不同。該技術可被進一步改進以判定分布稀少的偏移位置系列的相關函數(shù)值點，如美國專利申請第09/921,889號所披露的那樣，為了描述的目的本文中通過完整地參考而結合于此。
在第三種典型技術中，如圖4所示，使用沿著每個運動方向有預定延伸的窗口來選擇一部分將與當前參考圖像進行比較的當前位移圖像。在這種情況下，窗口掃過當前參考圖像以選擇一部分當前參考圖像與當前位移圖像的選擇部分進行比較從而產生每個相關值。也就是說，對于零值偏移，窗口與當前參考圖像的一個邊緣對準。隨著偏移值增加一個像素，窗口向當前參考圖像的另一個邊緣移動一個像素。當窗口到達當前參考圖像的另一邊緣時，就產生所獲得相關值的最后一個偏移值。
比如，在第三種技術的各種實施例中，當前位移圖像的部分是沿著當前位移圖像幀的長度L的近似1/3到1/4移動的方向而延伸的。該部分可集中在當前位移圖像的幾何中心。應該可以理解的是，窗口可具有固定的延伸或者可具有根據當前參考和位移圖像之間預先決定的位移量而變化的延伸。在各種典型實施例中，可選擇窗口的大小，至少可選擇部分的大小，從而將必須進行比較的像素數(shù)減到最小，同時保證可獲得強相關峰值/谷值。
應該理解的是，在第三種技術的其它典型實施例中，該部分的位置可至少部分地基于當前位移圖像相對于當前參考圖像位移量的方向。在這種情況下，如果當前位移圖像偏移到當前參考圖像的右邊，則當前參考圖像部分的位置將偏移到中心的左邊。此外，在其它不同的典型實施例中，該部分的偏移程度可至少部分地基于前一幀位移圖像相對于當前參考圖像的位移量。以這種方式，當前位移圖像的整個部分可保持在當前參考圖像幀的邊界內，同時在必須使用新參考圖像之前可以增加當前參考和位移圖像之間的相對位移量。
可以理解的是，在第二和第三種典型技術中，其中當前位移圖像只有一部分與當前參考圖像對應尺寸的部分進行比較，就可獲得比起背景相關值更強的相關峰值或谷值。在這種情況下，在當前位移圖像接近當前參考圖像的邊緣時應該更新當前的參考圖像。
對于一維的位移，當每個當前參考圖像和當前位移圖像的比較部分都包含以M行像素和N列像素兩維陣列排列的M×N像素時，有一個通用的相關算法R(p)=[Σn=1N(Σm=1MI1(m,n)*I2(p+m,n))]---(2)]]>其中R(p)是當前偏移值的相關函數(shù)值；p是以像素為單位的當前偏移值；m是當前的列；n是當前的行；I1是第一圖像中當前像素的圖像值；以及I2是當前偏移值在第二圖像中對應像素的圖像值。
對于兩維的位移，等式(2)可由技術熟練人士修改以處理第二維。在所結合的889號專利申請中披露了這樣一種修改。
應該理解的是，在各種典型實施例中，在當前參考圖像的整個幀與當前位移圖像的整個幀進行比較時，使用了周期性邊界條件。正如等式(2)所表示的，可獲得每行的相關值且行的相關值被累加起來。該和隨后用M行平均以獲得平均值和噪聲降低的相關函數(shù)值點。希望該項平均能確保相關函數(shù)值點將穩(wěn)定在采用確定相關函數(shù)極值的內插法所獲得的大致分辨率。因此，在每個相關函數(shù)值點與附近相關函數(shù)值點偏移近似1um時，為了采用確定相關函數(shù)極值的內插法來獲得大致的納米分辨率，就需要假設相關函數(shù)值點能大致穩(wěn)定在所希望的納米分辨率值。
圖5是描繪采用根據前述的傳統(tǒng)乘法相關函數(shù)方法比較第一和第二圖像來獲得典型相關函數(shù)的圖表。特別是，圖5所示的相關函數(shù)包括多個離散相關函數(shù)值點201，它們沿著x軸以對應于由距離208表示的像素間距P的預定偏移增量隔開。預定偏移增量可直接與圖1所示的光粗糙表面104的位移增量相關。該位移增量取決于陣列166的單個圖像元素162之間在對應于測量軸110的方向上的有效中心間隔，在以下的描述中，被稱之為像素間距P，和光漫射或光粗糙表面的位移被讀數(shù)頭126的光學系統(tǒng)放大的倍數(shù)。
比如，如果圖像元素162在對應于測量軸110方向上的有效中心與中心之間的間隔是10um，且讀數(shù)頭126的光學系統(tǒng)將表面位移放大了10倍，則光漫射或光粗糙表面104被照射部分的1um偏移將在圖像元素162上被放大成斑點圖案的10um位移。
每個相關函數(shù)值點201的產生都通過相對于第一圖像在對應于測量軸110的方向上將第二圖像數(shù)字化移動圖像元素162的有效中心與中心之間的間隔來完成。因為以這樣的方式，即圖像元素162的有效中心與中心之間的間隔對應于光漫射或光粗糙表面104的大約1um，所以離散相關函數(shù)值點201將以大約1um的位移距離隔開。特別地，圖5在任意單元中顯示相關函數(shù)值的相關函數(shù)，將在偏移值或空間轉換的位置上呈現(xiàn)連續(xù)相關函數(shù)205的極值，在此處每個第一和第二圖像的圖像，或強度，圖案都可最佳地調整。
在本文中，與連續(xù)相關函數(shù)的極值有關的像素中的偏移值將被稱為峰值偏移，不管當前的相關函數(shù)產生了峰值還是谷值，而對應于峰值偏移的表面位移將被稱為峰值位移，或簡稱為位移，而不管當前的相關函數(shù)產生了峰值還是谷值。
在圖5所示的例子中，連續(xù)相關函數(shù)205的極值出現(xiàn)在近似20個像素或圖像元素162的偏移處，該偏移對應于20um的位移，由直線203表示。在圖5中，連續(xù)相關函數(shù)205的極值無法與極值相關函數(shù)值點204區(qū)別。但是，通常極值不一定出現(xiàn)在偏移或空間轉換的位置，可以出現(xiàn)在像素間隔整數(shù)倍的位置上，并因此不會與極值相關函數(shù)值點精確地吻合。
傳統(tǒng)上，如果要求子像素分辨率和準確性，則函數(shù)f(x)可數(shù)值上擬合產生相關峰值202的相關函數(shù)值點。隨后，找出數(shù)值擬合函數(shù)f(x)的極值，并且對應的偏移值或空間轉化位置被定為第一和第二圖像峰值偏移的最佳估算值。比如，為了找出對應于數(shù)值擬合函數(shù)f(x)極值的偏移值，對數(shù)值擬合函數(shù)f(x)求導以決定f(x)的斜率為零的偏移值x。
當使用諸如等式(2)之類的乘法相關函數(shù)，相關函數(shù)在峰值或谷值的周圍區(qū)域比較彎曲。因此，傳統(tǒng)上的數(shù)值擬合函數(shù)f(x)可挑選二階或更高的函數(shù)。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種用于估算子像素級上相關函數(shù)極值的傳統(tǒng)方法引入了不可忽略的系統(tǒng)位移誤差，諸如圖6中所示的那樣。
圖6是描繪根據前述的傳統(tǒng)乘法相關函數(shù)方法在子像素級上比較第一和第二圖像結果的圖表。在圖6中，估算位置的誤差是周期性的。估算誤差的周期對應于用于采集圖像的像素間隔的間距。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種周期性的誤差曲線是子像素圖像相關系統(tǒng)中典型的系統(tǒng)誤差。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，這種周期性提供了預定誤差特性，該特性可用于根據本發(fā)明系統(tǒng)和方法的多種典型實施例中，作為減少或防止這些系統(tǒng)位移誤差的基礎，甚至不需要特意確定周期性誤差曲線的振幅或具體的形狀。
發(fā)明人還進一步發(fā)現(xiàn)，這樣的系統(tǒng)位移誤差對于基于特定圖像相關的位移測量系統(tǒng)來說是相對穩(wěn)定的，并且對于多個基于相似圖像相關的位移測量系統(tǒng)來說又是相對類似的。因此，對基于特定圖像相關的位移測量系統(tǒng)來說，一旦這些系統(tǒng)位移誤差已被特別決定之后，這樣的系統(tǒng)位移誤差就展現(xiàn)出至少一個預定誤差的特性，該特性可提供在基于特定圖像的位移測量系統(tǒng)的隨后操作中特別補償或防止這些系統(tǒng)位移誤差的基礎。此外，達到基于特定圖像相關的位移測量系統(tǒng)表示一系列基于類似圖像相關的位移測量系統(tǒng)的程度時，在該系列中任何機器的系統(tǒng)位移誤差可在一定的程度上進行類似地補償或防止，該程度取決于基于特定代表圖像相關的位移測量系統(tǒng)的預定誤差特性。
在當前參考圖像隨著讀數(shù)頭126沿著光粗糙表面104位移而切換到新的參考圖像時，諸如那些在圖6中所示的系統(tǒng)位移誤差將出現(xiàn)在相關的測量中。由此，當一參考圖像切換到下一參考圖像時，這些系統(tǒng)位移誤差可以難以察覺的方式累積，除非使用根據結合636號申請描述的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法以減少這種誤差或以可預測的方式累積這些誤差。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，子像素圖像相關系統(tǒng)受到附加位置誤差的影響，此處稱為內參考圖像位置(或位移)誤差。在圖7-10中描繪了這些誤差，并總體上作為當前參考圖像和當前位移圖像之間位移的復合函數(shù)而變化。雖然內參考圖像位置誤差的完整起因不能被充分理解，但發(fā)明人認為，內參考圖像位置誤差可能是由于讀數(shù)頭126光學和光源部件中的未校準光源和/或光變形等原因引起的。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當當前的位移圖像從當前的參考圖像偏移超過幾個像素時，這種內參考圖像位置誤差將不利地影響圖像相關系統(tǒng)的準確性。因此，除非當前的參考圖像間隔幾個像素就用新的參考圖像代替，否則隨著當前參考圖像和當前位移圖像之間位移的增加，圖像相關系統(tǒng)的準確性將由于內參考圖像位置誤差而受影響。在另一方面，為防止這樣的內參考圖像位置誤差而頻繁切換參考圖像將不利地影響系統(tǒng)的存儲需求和可進行測量的速度。本發(fā)明呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可減少或理想地校正內參考圖像位置誤差，并由此提高圖像相關系統(tǒng)的準確性。
圖7是描繪對于諸如圖1所示的圖像相關測量系統(tǒng)的作為相對于當前參考圖像位移量的函數(shù)的典型內參考位置誤差的圖表。圖7的圖表未包括比例因數(shù)誤差。也就是說，該圖表未包括與位移線性相關的誤差。如以上所表示的，內參考圖像位置誤差是位置誤差，該位置誤差出現(xiàn)在單個參考圖像和增加了與參考圖像的偏移量的位移圖像一起使用的過程中。特別地，圖7描繪了對于使用激光斑點圖案的圖像相關測量系統(tǒng)的作為相對于當前參考圖像位移量的函數(shù)的內參考圖像位置誤差。圖7所示的內參考圖像位置誤差包括周期性分量，對于當前位移圖像與當前參考圖像只有幾微米的位移，該分量峰值到峰值具有約為30納米的大小。周期性分量峰值到峰值的大小在當前位移圖像離開當前參考圖像大約50um的位移處增加到大約100納米。該周期性誤差分量的產生是由于向子像素分辨率內插了位移位置。發(fā)明人認為，內參考圖像位置誤差的峰值到峰值大小的增加可能是由于透鏡變形和/或圖像的去相關性。內參考圖像位置誤差還示出了總的曲率，對于該曲率發(fā)明人認為會造成不佳的光源校準、透鏡變形和/或圖像去相關。但是可以理解的是，不管什么原因，可測量并表征造成內參考圖像位置誤差的原因。
然而，雖然發(fā)明人已能夠測量內參考圖像位置誤差，但這些誤差的確切起因卻還未明確地判定。由此，雖然發(fā)明人現(xiàn)在認為這些誤差可能是透鏡變形、不佳的校準和/或用于照射光粗糙表面的光源的相干性和/或其它光學像差的結果，但在下文和權利要求中有一點要明確，即這些原因不應該被解釋為限制此處所闡述內容的范圍或所附權利要求的范圍。
圖7所示的內參考圖像位置誤差曲線可用以下的通用補償函數(shù)進行描述e(x)＝f1(x)f2(x)+f3(x)+f4(x) (3)其中x是當前位移圖像離開由圖像相關系統(tǒng)最初測得的當前參考圖像的位移位置；e(x)是位置誤差；f1(x)是描述周期性內插誤差對位移位置的峰值到峰值大小的函數(shù)；f2(x)是具有對應于周期性內插誤差的頻率和/或形狀的頻率和/或形狀的周期函數(shù)；f3(x)是描述內參考圖像位置誤差曲線的總曲率的函數(shù)；以及f4(x)是調節(jié)比例因數(shù)誤差的線性函數(shù)。在各分段中，比例因數(shù)誤差是與位移成比例的誤差分量。
實現(xiàn)等式(3)中所描述總函數(shù)的函數(shù)的第一典型實施例是e(x)＝(c1+c2x)sin(ω1x+φ1)+ABS(c3sin(ω2x/2))(4)其中c1、c2和c3是由經驗得到的參數(shù)；ω1是周期性內插誤差的空間頻率；φ1是周期性內插誤差的空間相位角，用于使周期誤差與補償函數(shù)同步；以及ω2是更新的參考圖像的空間頻率。
可以理解的是，等式(3)中的項f4(x)在等式(4)所表示的典型實施例中沒有對應的部分。也就是說，這些由等式(4)表示的典型實施例假定，任何線性比例因數(shù)誤差已通過其它的方式預先除去了?？偟膩碚f，經驗得到的參數(shù)c1、c2和c3可通過觀察和/或分析內參考圖像位置誤差曲線的形狀來確定，諸如在圖7-10中所示的那些用于以特定圖像相關為基礎的位置傳感器。應該理解的是，總的來說，周期性內插誤差的頻率ω1與2*π/像素間距有關。類似地，更新的參考圖像的頻率ω2與2*π/(更新的參考圖像之間的總位移)有關。
圖8顯示了所測量的內參考圖像位置誤差、幾乎無法同所測誤差區(qū)別的對應誤差補償函數(shù)的補償值，以及得到的補償內參考圖像位置誤差的曲線。圖8的曲線不包括比例因數(shù)誤差。也就是說，圖8所示的曲線不包括與位移線性相關的誤差。補償?shù)膬葏⒖紙D像位置誤差通過從給定位移的所測量誤差減去補償函數(shù)值來獲得。特別地，對于具有大約1.05微米像素間距的圖像相關系統(tǒng)，并且其中在當前參考圖像用新的參考圖像代替時在當前參考圖像和當前位移圖像之間出現(xiàn)的位移大約為52.7微米，等式(4)中可使用的一系列值為c1＝.005；c2＝.055；c3＝.075；ω1＝5.977；φ1＝.897；以及ω2＝.119.
如圖8所示，使用等式(4)來補償內參考圖像的位置誤差可提高圖像相關系統(tǒng)的準確性，允許對諸如那些由于未校準光源和/或光變形而產生的內參考圖像位置誤差的校正或僅僅是減少，對于圖8所示典型實施例中當前參考圖像和當前位移圖像之間超過50um的大位移不必改變參考圖像。
實現(xiàn)等式(3)中所描述總補償函數(shù)的補償函數(shù)的第二典型實施例是e(x)＝(c1+c2x)sin(ω1x+φ1)+ABS(c3sin(ω2x/2))+c4sin(ω2x/4)(5)其中c1、c2、c3和c4是由經驗得到的參數(shù)；ω1是周期性內插誤差的空間頻率；φ1是周期性內插誤差的空間相位角，用于使周期誤差與補償函數(shù)同步；以及ω2是更新的參考圖像的空間頻率。
與由等式(4)表示的典型實施例比較起來，由等式(5)表示的典型實施例包括對應于等式(3)項f3(x)的附加項，從而對內參考圖像位置誤差曲線的總曲率可更加精確地進行補償。總的來說，經驗得到的參數(shù)c1、c2和c3可通過觀察和/或分析內參考圖像位置誤差曲線的形狀來確定，諸如在圖7-10中所示的那些用于以特定圖像相關為基礎的位置傳感器。應該理解的是，總的來說，周期性內插誤差的頻率ω1與2*π/像素間距有關。類似地，更新的參考圖像的頻率ω2與2*π/(更新的參考圖像之間的總位移)有關。
圖9顯示了所測內參考圖像位置誤差、幾乎無法同所測誤差區(qū)別的對應誤差補償函數(shù)的補償值，以及得到的補償內參考圖像位置誤差的曲線。圖9的曲線不包括比例因數(shù)誤差。也就是說，圖9所示的曲線不包括與位移線性相關的誤差。補償?shù)膬葏⒖紙D像位置誤差通過從給定位移的所測量的誤差減去補償函數(shù)值來獲得。特別地，對于具有大約1.05微米像素間距的圖像相關系統(tǒng)，并且其中在當前參考圖像用新的參考圖像代替時在當前參考圖像和當前位移圖像之間出現(xiàn)的位移大約為94.6微米，等式(5)的補償函數(shù)中可使用的一系列值為c1＝.005；c2＝.350；c3＝.070；ω1＝5.935；φ1＝.655；以及ω2＝.0664.
如圖9所示，使用等式(5)來補償內參考圖像的位置誤差可提高圖像相關系統(tǒng)的準確性，允許對諸如那些由于未校準光源和/或光變形而產生的內參考圖像的位置誤差進行校正或僅僅是減少，對于圖9所示典型實施例中當前參考圖像和當前位移圖像之間超過90um的大位移不必改變參考圖像。
實現(xiàn)等式(3)中所描述總補償函數(shù)的補償函數(shù)的第三典型實施例是e(x)＝(c1+c2x)sin(ω1x+φ1)+c3sin(π/D)x)+c4sin(π/2D)x)+c5x(6)其中c1、c2、c3和c4是由經驗得到的參數(shù)；ω1是周期性內插誤差的空間頻率；φ1是周期性內插誤差的空間相位角，用于使周期誤差與補償函數(shù)同步；以及D是參考位移，一般是對應于建立經驗常數(shù)c1-c5的數(shù)據的總位移范圍。
總的來說，經驗得到的參數(shù)c1、c2、c3、c4和c5可通過觀察和/或分析內參考圖像位置誤差曲線的形狀來確定，諸如在圖7-10中所示的那些用于以特定圖像相關為基礎的位置傳感器。應該理解的是，總的來說，周期性內插誤差的頻率ω1與2*π/像素間距有關。與由等式(5)表示的典型實施例相反，等式(3)的項f4(x)在由等式(6)表示的典型實施例中有對應的部分。也就是說，等式(6)包括補償未用其它方式預先去除的任何線性比例因數(shù)誤差的項。此外，與由等式(5)表示的典型實施例相反，等式(3)的項f3(x)在由等式(6)表示的典型實施例中具有對應的項，它取決于參考位移D，而不再是取決用于更新參考圖像的定位空間頻率ω2?？偟膩碚f，等式(6)對稍大于D的位移是有效的。但是，在不同的典型實施例中，D代表在更新參考圖像前允許發(fā)生的最大位移。在這種典型應用中，在更新參考圖像前的最大位移通?？蛇_到成像整幀的大約四分之三。
更籠統(tǒng)地講，應該理解的是，雖然三角函數(shù)已方便地用于等式(3)的項f3(x)的對應項，但任何描述內參考圖像位置誤差曲線的總曲率的函數(shù)都是合適的。
圖10顯示了所測內參考圖像位置誤差、幾乎無法同所測誤差區(qū)別的對應誤差補償函數(shù)的補償值，以及得到的補償內參考圖像位置誤差的曲線。圖10的曲線包括了比例因數(shù)誤差。也就是說，這些曲線包括與位移線性相關的誤差。這樣的誤差會產生，比如，假設的像素間隔并非真實的像素間隔。補償?shù)膬葏⒖紙D像的位置誤差通過從給定位移的所測量到的誤差減去補償函數(shù)值來獲得。特別地，對于具有大約1.05微米像素間距的圖像相關系統(tǒng)，并且其中在當前參考圖像用新的參考圖像代替時在當前參考圖像和當前位移圖像之間出現(xiàn)的位移大約為95微米，等式(6)的補償函數(shù)中可使用的一系列值為c1＝.005；c2＝.00084；c3＝.035；c4＝.050；c5＝-.00835；ω1＝5.984；φ1＝-.658；以及D＝95.
如圖10所示，使用等式(6)來補償內參考圖像的位置誤差可提高圖像相關系統(tǒng)的準確性，允許減少內參考圖像位置的誤差或理想地校正該誤差而不必改變參考圖像。對于圖10所示典型實施例中當前參考圖像和當前位移圖像之間超過90um的大位移，這些內參考圖像的位置誤差包括那些由于未校準光源和/或光變形而產生的誤差。
應該理解的是，參考圖8-10所示的結果，對應于由等式(4)-(6)表示的典型實施例中c1和c2的項可從其它不同典型實施例中對應的誤差補償函數(shù)中省略。盡管如此，由于內參考圖像位置誤差曲線總曲率所造成的誤差將仍舊補償給等式中的其它保留項。像這類的其它實施例也都是合適的，比如，若內參考圖像位置誤差曲線的總曲率就是主要系統(tǒng)誤差。因此，更籠統(tǒng)地講，在不同的典型實施例中，那些分別對應于等式(3)的項f1(x)、f2(x)、f3(x)和f4(x)的項可被單獨使用或結合使用以減少根據本發(fā)明的位移判定誤差。
圖11是一流程圖，它概括了用于獲得函數(shù)或等式的參數(shù)的方法的一個典型實施例，該函數(shù)或等式以一定程度準確性來表示在根據本發(fā)明的內參考圖像位移中的位置誤差。從S1000開始，操作持續(xù)到S1010，在此處獲得了位移中的“實際”位置誤差。位移的“實際”位置誤差是內參考圖像位移的“實際”位置值和內參考圖像位移中未補償位置誤差之間的差異。
在不同的典型應用中，當前位移的“實際”位置值可通過任何已知或后來發(fā)展的測量方法或儀器直接獲得，它包括但不僅限于，干涉測量法等。另外，在其它不同的典型實施例中，位置誤差和不同物理參數(shù)及系統(tǒng)特性之間的關系，諸如透鏡像差、元件基準參數(shù)、總體去相關性能等，可根據分析、相關的研究和/或模擬而知道。
在不同的典型應用中，當前位移的未補償?shù)膬葏⒖紙D像位置值是通過使用任何已知或后來發(fā)展的圖像相關方法的圖像相關系統(tǒng)來獲得的。所獲得的“實際”位置誤差包括接收到的通過不形成實踐本發(fā)明的典型方法部分的方法而產生的“實際”位置誤差值(或它們的組成部分)。在不同的其它典型應用中，所獲得“實際”的位置誤差值包括作為實踐本發(fā)明的典型方法的部分所產生“實際”位置誤差值(或它們的組成部分)。
在不同的典型實施例中，當前位移“實際”位置值的獲得可間接地通過測量或確定不同的物理參數(shù)和系統(tǒng)特性；用任何已知或后來發(fā)展的分析、相關和/或模擬等方法判定相關的位置誤差，以及通過將判定的位置誤差和當前位移的未補償內參考圖像位置值相結合來判定當前位移的“實際”位置值。
接著，在步驟S1020處，獲得了表示內參考圖像位置誤差的函數(shù)中的初始參數(shù)或將其設置為當前參數(shù)。在一個典型實施例中，若使用等式(5)則采用的初始參數(shù)c1、c2、c3和c4；若使用等式(6)則采用的c5；以及φ1都被設為零，比如，ω1和ω2或D被分別設為等于像素間距和更新參考圖像之間的距離。在另一典型應用中，初始參數(shù)被設為對應于相關系統(tǒng)的參數(shù)，該系統(tǒng)的設計參數(shù)接近于表征的相關系統(tǒng)的設計參數(shù)，但不必與之相同。
接著，在步驟S1030，獲得了如步驟S1010處獲得的“實際”位置誤差和基于當前參數(shù)的內參考圖像位移的估算位置誤差之間的差異。即，位置誤差估算等式被用于基于當前參數(shù)來進行內參考圖像位移中位置誤差的估算。另外，在步驟S1030的變化中，在不同的典型實施例中，判定的位置誤差被直接用作估算的位置誤差。
下一步，在步驟S1040中，判定“實際”位置誤差和估算的位置誤差之間的差異是否可接受。如果該差異誤差可接受，則操作流程轉入進行步驟S1060，在該步驟方法結束了。
相反，如果“實際”的位置誤差和估算的位置誤差之間的差異是不可接受的，則操作流程轉入進行步驟S1050，其中獲取新的參數(shù)作為當前參數(shù)。在一個典型的應用中，如果使用等式(5)則采用的參數(shù)c1、c2和c3、c4；如果使用等式(6)則采用的參數(shù)c；以及φ1是變化的，而ω1和ω2或D是保持恒定的。
在另一個典型的實施例中，如果使用等式(5)所采用的參數(shù)c1、c2、c3和c4；如果使用等式(6)則采用的參數(shù)c5；φ1、ω1和ω2或D是變化的；雖然ω1和ω2或D的變化比起如果使用等式(5)的參數(shù)c1、c2、c3和c4以及如果使用等式(6)的參數(shù)c以及φ1的變化相對較小。在另一典型應用中，如果使用等式(5)的參數(shù)c1、c2、c3和c4，如果使用等式(6)的參數(shù)c5，φ1、ω1和ω2或D的組合是以不同的相對量變化。在另一典型的應用中，這些參數(shù)中的一個或多個參數(shù)可根據參考圖像的位移而不同地變化。下一步，操作返回到步驟S1030以獲取“實際”位置誤差和基于新的當前參數(shù)的位置誤差的估算之間的差異。在步驟S1030-S1050之間的循環(huán)持續(xù)到“實際”和估算的位置誤差之間的差異被認為是可接受的為止。
改變參數(shù)以有效地獲取對可接受的估算位置誤差是通過任何已知或后來發(fā)展的步驟來完成的，該步驟包括但不局限于，基于用戶提供的標準進行擬合和/或基于由估算等式提供的估算位置誤差之間的差異和“實際”位置值和內參考圖像位移的未補償位置之間的差異最小化來進行擬合。
在不同的典型實施例中，大量位移的“實際”位移值和未補償位置值可以預先獲取并在完成步驟S1010的獲取實際位移位置誤差之前提供。在其它不同的典型實施例中，當前位移的“實際”位移值和未補償位置值在步驟S1010的部分實時獲取的，并隨后被用于獲取“實際”的位置誤差。在不同的其它典型應用中，“實際”位置值和內參考圖像錯位(它是“實際”的位置誤差)的未補償位置值之間的差異是預定并存儲的，并因此只在步驟S1010中提供。
在圖11所概括的方法中，在不同的典型應用中，“實際”位置誤差和估算的位置誤差之間的差異可根據用戶的選擇被判定為可接受的，該選擇包括但并不局限于，將位移所決定位置擬合到參考位置上。另外，在不同的其它典型應用中，誤差可根據將總累積誤差或總平均誤差或總峰值到峰值誤差等的最小化而被判定為可接受的。另外，在不同其它的典型應用中，誤差可在不切換參考圖像的情況下根據將特定位移范圍內累積誤差的最小化而被判定為可接受的，該位移范圍是較大范圍位移的子區(qū)域。
在圖11所概括的方法中，在不同的典型應用中，誤差可在不切換參考圖像的情況下根據獲取應用于整個位移范圍內的一系列參數(shù)而被判定為可接受的。另外，在不同其它的典型應用中，誤差可根據位移的范圍分段而被判定為可接受的，此時參考圖像未被切換成多個子段，在子段中，至少一個參數(shù)在至少某個子范圍中具有不同的值。
應該理解的是，對基于特定圖像相關的位移測量系統(tǒng)而言，一旦內參考圖像位置誤差特性被特別確定以后，這些內參考圖像位置誤差特性就會在該基于特定圖像相關的位移測量系統(tǒng)的隨后操作中提供專門補償或減少這些內參考圖像位置誤差的基礎。但是，另外，對于多個相似的基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)，內參考圖像位置誤差的特性可以差不多相同。因此，在基于特定圖像相關的位移測量系統(tǒng)表示一類相似的基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)的程度上，該類別中任何機器的內參考圖像位置誤差都可以根據基于特定代表圖像相關的位移測量系統(tǒng)的預定內參考圖像位置誤差特性被補償或減少到一定的程度。
圖12是概括一典型實施例的流程圖，該實施例是根據描述位置誤差的預定函數(shù)，用于補償位移位置的測量以減少位移位置測量中內參考圖像位置誤差的方法。從步驟S1100開始，操作持續(xù)到輸入當前位移圖像的步驟S1110。隨后，在步驟S1120，確定當前位移圖像相對于當前參考圖像的未補償位移位置值。該初始位移值可使用任何已知或后來發(fā)展的技術來確定，該技術諸如那些在結合的071號、636號和889號專利申請中披露的技術。接著，在步驟S1130，根據預定的諸如以上概括的等式(3)-(6)之類的內參考圖像誤差函數(shù)和該函數(shù)所對應的預定參數(shù)值，確定所獲取初始位移值的內參考圖像位置誤差。操作隨后繼續(xù)到步驟S1140。
在步驟S1140中，在步驟S1130中所確定的內參考圖像位置誤差與未補償?shù)奈灰浦到Y合以產生內參考圖像位移的補償位置值。接著，在步驟S1150中，向顯示器輸出補償?shù)奈恢弥岛?或向下游過程提供該值以作為當前參考圖像和當前位移圖像之間內參考圖像位移的估算補償位置。在步驟S1160中，判定是否獲取了另一位移圖像。如果是的話，則操作返回到步驟S1110。否則，操作轉入到步驟S1170，在該步驟將停止該方法。
應該理解的是，雖然先前討論的圖11和圖12的典型實施例的操作已獲取到了以相對于參考圖像位置的位移的數(shù)學函數(shù)為形式來補償?shù)膬葏⒖紙D像位置誤差所必需的信息，并且在不同的其它典型實施例中應用該數(shù)學函數(shù)以補償誤差，但該信息可以任何其它已知或后來發(fā)展的形式，諸如查找表等，來獲得。
在使用查找表的不同典型實施例中，根據參考圖11所描述的步驟S1010的操作，獲取實際的位移位置誤差。實際的位移誤差被存儲在內參考圖像誤差查找表中并與它們各自適當?shù)奈灰莆恢孟嚓P。隨后，如參考圖12所描述的，完成除根據本典型應用而修改的步驟S1130操作之外的步驟S1100-S1170的操作。應該理解的是，圖12的步驟S1130獲取了所獲得初始位移值的內參考圖像位置誤差。然而，在先前描述的圖12方法的典型應用中，根據預定的內參考圖像誤差函數(shù)確定了內參考圖像位置誤差。相反，在本典型實施例中，根據預定的內參考圖像誤差查找表來確定內參考圖像位置誤差。
在不同的典型實施例中，內參考圖像誤差查找表包括對應先前討論的周期性內插誤差的1/20空間頻率的位移步驟的數(shù)據。對應于最接近所獲得初始位移值的查找表位移值的查找表誤差值被用作當前的內參考圖像位置誤差。在不同的其它典型應用中，當前的內參考圖像位置誤差被確定為對應限制所得初始位移值的查找表位移值的兩個查找表誤差值之間的內插值。根據已知的方法，該內插值根據限制的查找表位移值和所得初始位移值之間的關系被確定在兩個查找表誤差值之間。對技術熟練人士明顯的是，不同可替換的應用以查找表的方式使用了不同的其它位移步驟，和/或將對應于多個范圍的內參考圖像位置誤差的數(shù)學函數(shù)和不同的可替換內插方法相結合。
圖13是概括信號發(fā)生及處理電路200的一個典型實施例的框圖，該電路200應用了根據本發(fā)明系統(tǒng)和方法的一個典型實施例。如圖13所示，信號發(fā)生及處理電路200包括控制器210、光源驅動器220、光檢測器接口230、存儲器240、比較電路250、比較結果累加器260、內插電路270、內參考圖像位置誤差補償電路300、位置累加器280、顯示驅動器290以及任選的輸入接口295。
控制器210通過控制線211與光源驅動器220連接，通過信號線212與圖像檢測接口230連接，以及通過信號線213與存儲器240連接。同樣，控制器210通過一根或多根信號線214-219與比較電路250、比較結果累加器260、內插電路270、內參考圖像補償電路300以及位置累加器280進行連接。最后，控制器210通過控制線220與顯示驅動器290連接，并且如果提供的話，則通過輸入信號線221與輸入接口295連接。存儲器240包括第一或參考圖像部分242、第二或后續(xù)的圖像部分244以及相關部分246。
在操作中，控制器210通過信號線2向光源驅動器220輸出控制信號。響應之后，光源驅動器220通過信號線132向光源130輸出驅動信號。隨后，控制器210通過信號線212向圖像檢測接口230輸出控制信號，通過信號線213向存儲器240輸出控制信號，從而通過信號線164將對應每個圖像元素162的光檢測器160接收的信號部分存入第一或參考圖像部分242或第二或后續(xù)圖像部分244。特別地，來自單個圖像元素162的圖像值以兩維陣列存入對應陣列166中單個圖像元素162的第一圖像部分242和第二圖像部分244。
一旦第一圖像被存入第一圖像部分242，則控制器210等待預定的短時間周期以再次通過信號線211向光源驅動器220輸出控制信號，從而再次驅動光源130。隨后使用信號線212和213上的信號控制圖像檢測接口230和存儲器240，從而在第二圖像部分244中存入得到的圖像。
接著，控制器210通過信號線215向比較電路250輸出信號。響應之后，比較電路250通過信號線252輸入來自第一圖像部分242的特定像素的圖像值，并根據當前的偏移，通過信號線252輸入來自第二圖像部分244的對應像素的圖像值。比較電路250隨后應用相關算法以判定比較結果。任何適當?shù)南嚓P技術，已知的或后來發(fā)展的，都可通過比較電路250來使用，從而將存入第一圖像部分242中的第一圖像與存入第二圖像部分244中的第二圖像根據當前的偏移以像素為基礎進行比較。比較電路250通過信號線254向比較結果累加器260輸出比較結果，用作當前的相關偏移。
一旦比較電路250已提取并比較了來自第一圖像部分242的每個圖像元素162的圖像值，并將它們與存儲在第二圖像部分244中對應的圖像值進行了比較，且應用了相關技術并向比較結果累加器260輸出比較結果，則存儲在比較結果累加器260中的值將決定在圖7例證的預定單元中對應當前偏移的相關值。控制器210隨后通過信號線214向比較結果累加器260輸出信號，通過信號線213向存儲器240輸出信號。結果，存儲在比較結果累加器260中的相關算法結果被輸出并被存儲在存儲器240的相關部分246對應當前偏移的位置。
控制器210隨后通過信號線214發(fā)出信號以對結果累加器260清零。一旦所有存入第一圖像部分242的第一圖像和存入第二圖像部分244的第二圖像之間的所需偏移的所有比較結果都通過比較電路250完成了，且其結果在控制器210的控制下被比較結果累加器260累積并存入相關部分246，則控制器210通過信號線216向內插電路270輸出控制信號。
響應之后，內插電路270通過信號線252輸入存儲在相關部分246中的相關結果，并確定了與相關函數(shù)的峰值或谷值相吻合的相關值，在相關函數(shù)峰值/谷值的附近使用選擇相關函數(shù)的值點進行內插，從而決定具有像素分辨率的峰值偏移值或圖像位移值。隨后，在信號線216上來自控制器210的信號的控制下，內插單元270通過信號線279向內參考圖像位置誤差補償電路300輸出確定的估算的子像素位移值。
內參考圖像位置誤差補償電路300，在信號線218上來自控制器210的信號的控制下，向在信號線279上收到的預定估算的子像素位移值應用預定的內參考圖像誤差補償函數(shù)，以產生補償?shù)墓浪阕酉袼匚灰浦?。該補償?shù)墓浪阕酉袼匚灰浦低ㄟ^信號線302向位置累加器280輸出。位置累加器280，在信號線217上來自控制器210的信號的控制下，將補償?shù)墓浪阄灰浦蹬c存儲在位置累加器280中累積的位移相加。位置累加器280隨后通過信號線282向控制器210輸出更新的位置位移。
響應之后，控制器210可向顯示驅動器290輸出更新的位移值，如果可提供，則通過信號線220。顯示驅動器290隨后通過信號線292向顯示器輸出驅動信號以顯示當前的位移值。
一根或多根信號線296，如果可提供的話，允許操作者或協(xié)作系統(tǒng)和控制器210之間的接口。如果可提供，輸入接口295可緩沖或轉換輸入的信號或指令并向控制器210發(fā)送適當?shù)男盘?。輸入接?95也能單獨通過連接線412與內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400相連，以下將進一步描述。
圖14是更詳細概括內參考圖像位置誤差補償電路300的一個典型應用的框圖，它估算了內參考圖像當前位移的位置誤差。如圖13所示，內參考圖像位置誤差補償電路300包括內參考圖像位置誤差獲取電路或模塊310、補償?shù)奈灰浦蹬卸娐坊蚰K330以及可操作連接內參考圖像位置誤差獲取電路或模塊310與補償?shù)奈灰浦蹬卸娐坊蚰K330的信號線320。
在操作中，內參考圖像位置誤差獲取電路或模塊310通過信號線279輸入來自內插電路270的當前未補償估算位移值，并獲取所接收的當前未補償位移值的內參考圖像位置誤差，在該未補償位移值中已獲取了參數(shù)。在不同的其它典型應用中，使用了其它不同于等式(4)和(5)但能擬合內參考圖像位置誤差的等式，以獲取當前未補償估算子像素位移值的內參考圖像位置誤差。內參考圖像位置誤差獲取電路310根據預定的誤差函數(shù)和所接收的未補償估算子像素位移值來獲取當前位移的內參考圖像位置誤差，并通過信號線320向補償?shù)奈灰浦蹬卸娐坊蚰K330輸出所得的內參考圖像位置誤差。
補償?shù)奈灰浦蹬卸娐?30通過信號線279輸入來自內插電路270的未補償估算子像素位移值，通過信號線320輸入未補償位移值的內參考圖像位置誤差。補償?shù)奈灰浦蹬卸娐坊蚰K330將未補償?shù)墓浪阕酉袼匚灰浦岛蛢葏⒖紙D像位置誤差相結合以產生補償?shù)墓浪阕酉袼匚灰浦怠Ｑa償?shù)奈灰浦蹬卸娐坊蚰K330通過信號線302向位置累加器280輸出判定的補償估算子像素位移值。
圖15是更詳細描繪內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400的一個典型實施例的框圖。如圖15所示，內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400能單獨地通過連接412與輸入接口295相連。在啟動操作的過程中，內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400與輸入接口295相連，控制器210可通過連接412將來自內插電路270的未補償子像素位移值提供給內參考圖像誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400。內參考圖像誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400使用未補償?shù)墓浪阕酉袼匚灰浦岛蛯嶋H子像素位移值所對應的測量值以產生圖7-10所示的那些內參考圖像位置誤差曲線。內參考圖像誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400隨后判定并通過輸入接口295和連接412向控制器210輸出內參考圖像誤差補償函數(shù)?？刂破?10隨后向內參考圖像位置誤差補償單元300提供內參考圖像誤差補償函數(shù)以啟動內參考圖像誤差補償函數(shù)電路300，使之能在操作運行模式下能將未補償?shù)墓浪阄灰浦缔D換成補償?shù)墓浪阄灰浦怠?br> 如圖15所示，內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400包括輸入/輸出接口410、存儲器420、控制器430、參數(shù)獲取電路或模塊440、誤差獲取電路或模塊450以及誤差可接受性判定電路或模塊460，它們都與控制/數(shù)據總線470相連?？刂破?30控制著構成內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400的不同部件的操作并處理數(shù)據。存儲器420提供必需的存儲空間，用于存儲由內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400的不同部件完成的處理所得的中間和最終結果所必需的參數(shù)。輸入/輸出接口可至少與連接412相連以連接信號發(fā)生及處理電路200，且允許來自任何連接的用戶輸入設備的輸入和/或到任何連接的用戶輸出設備的輸出。
在操作中，參數(shù)獲取電路或模塊440獲取-產生或接收并設置用于估算當前位移的內參考圖像位置誤差的函數(shù)的初始參數(shù)。比如，初始參數(shù)可設為零。另外，初始參數(shù)可設置為具有不同部件尺寸的系統(tǒng)的參數(shù)值。所得的初始參數(shù)提供給誤差獲取電路或模塊450。
根據所得的初始參數(shù)，誤差獲取電路或模塊450，使用估算位置誤差的等式以獲取當前位移的內參考圖像位置誤差的估算。所得的對內參考圖像位移位置誤差的估算提供給誤差可接受性判定電路或模塊460。
根據提供或判定的內參考圖像位移中的位置誤差，誤差可接受性判定電路或模塊460判定剩余誤差是否可接受。在作出該決定的過程中，誤差可接受性判定電路或模塊460在不同的典型實施例中，會得到當前位移的“實際”位置值和當前位移的內參考圖像的未補償位置之間的差異。在不同的典型實施例中，當前位移的“實際”位置值可通過任何已知或后來發(fā)展的位移判定系統(tǒng)或儀器而得到，這當中包括但不局限于，干涉測量法等，它們產生的位移測量值的分辨率至少與圖像相關系統(tǒng)的分辨率一樣高。在不同的典型應用中，當前位移的未補償內參考圖像位置值可通過任何已知或后來發(fā)展的圖像相關系統(tǒng)而得到。
在不同的典型應用中，誤差可接受性判定電路或模塊460將估算當前內參考圖像位移的位置誤差的等式的值與“實際”位置值和當前內參考圖像位移的未補償位置值之間的差異進行比較，以判定估算的位置誤差是否可接受。如果根據一個或更多個用戶提供的標準，估算的位置誤差是可接受，則誤差可接受性判定電路或模塊460輸出表示用于估算內參考圖像位移中位置誤差的等式的參數(shù)是可接受的信號。如果估算的位置誤差是不可被接受，則誤差可接受性判定電路或模塊460輸出表示用于估算內參考圖像位移中位置誤差的等式的參數(shù)應被修改的信號。
在多種應用中，控制器430以產生可接受估算位置誤差的方式來影響估算位置誤差的等式的參數(shù)修改。在其它典型應用中，參數(shù)獲取電路或模塊440以產生接受估算位置誤差的方式來影響估算位置誤差的等式的參數(shù)修改。改變或修改參數(shù)以完成對估算位置誤差的接受可通過任何已知或后來發(fā)展的步驟來完成，包括但不局限于，根據用戶提供的標準來擬合和/或根據將由估算等式提供的估算位置誤差之間的差異和“實際”位置值和內參考圖像位移的未補償位置之間的差異最小化來擬合。
在一個典型應用中，如果使用等式(5)所采用的參數(shù)c1、c2、c3、c4；如果使用等式(6)所采用的參數(shù)c5；以及φ1是變化的，而ω1和ω2或D是保持恒定的。但在另一典型應用中，如果使用等式(5)所采用的參數(shù)c1、c2、c3、c4；如果使用等式(6)所采用參數(shù)c5；φ1，ω1和ω2或D是變化的，雖然ω1和ω2或D的變化比起如果使用等式(5)的參數(shù)c1、c2、c3、c4以及如果使用等式(6)的參數(shù)c5，以及φ1的變化相對較小。在另一典型應用中，如果使用等式(5)所采用的參數(shù)c1、c2、c3、c4；如果使用等式(6)所采用的參數(shù)c5；φ1，ω 1和ω2或D的組合以不同的相對量變化著。在另一典型應用中，這些參數(shù)的一個或多個根據參考圖像的位移而不同地變化著。
在不同的典型應用中，“實際”位移值和對大量位移的未補償位置值是預先獲取的并通過I/O 4010提供給內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400。在其它不同的典型應用中，“實際”位移值和當前位移的未補償位置值是實時獲得的。在其它不同的典型應用中，“實際”位置值和內參考圖像錯位的未補償位置值被提供給誤差獲取電路或模塊450，其隨后獲取“實際”和未補償位置值之間的差異。
在不同的典型應用中，可使用至少包括系統(tǒng)400和電路200的不同部件的組合以表征具有特定可選擇設計參數(shù)的相關圖像系統(tǒng)。從而允許大量生產具有表征的可選擇設計參數(shù)的許多相關成像系統(tǒng)。
信號發(fā)生及處理系統(tǒng)200和內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400，在不同的典型實施例中，都應用在可編程的通用計算機上。但是，信號發(fā)生及處理系統(tǒng)200和內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400也都可以應用于專用的計算機、可編程的微處理器或微控制器和外圍集成電路元件，ASIC或其它集成電路、數(shù)字信號處理器、諸如離散元件電路之類的硬件電子或邏輯電路、諸如PLD、PLA、FPGA、PAL之類的可編程邏輯設備等?？偟膩碚f，任何能夠應用有限狀態(tài)時序機的設備，該有限狀態(tài)時序機隨即能夠應用圖11和圖12所示的流程圖，都可分別應用于信號發(fā)生及處理系統(tǒng)200和內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400。
應該理解的是，圖11-15所示的每個電路、模塊或例行程序都可被用作適合編程的通用計算機部分。另外，圖11-15所示的每個電路、模塊或例行程序都可被用作ASIC中、或使用FPGA、PDL、PLA、PAL或數(shù)字信號處理器、或使用離散邏輯元件或離散電路元件的物理可分辨的硬件電路。圖11-15所示的每個電路、模塊或例行程序將采用的特殊形式都是設計選擇并對于技術熟練人士來說是明顯且可預見的。
比如，模塊可被用作裝載完成圖11和圖12所示步驟的控制指令的載波以及更詳細描述不同典型應用的本內容的段。同樣，信號發(fā)生及處理系統(tǒng)200和內參考圖像位置誤差補償函數(shù)判定系統(tǒng)400都可集成為單一的圖像相關系統(tǒng)，該系統(tǒng)獲取描述位置誤差的誤差測量(即，函數(shù))并應用它以獲取誤差減少的位移位置。不同的典型應用可通過避免所構成電路中的冗余而變得更加緊湊；比如，通過設置一個存儲電路或模塊或一個控制電路或模塊。不同的其它典型應用可保留冗余以能夠進行比如，并行處理。
本發(fā)明以不同的典型實施例進行描述，包括斑點圖像處理，其中改進了根據斑點圖像的位移判定。但是，應該理解的是，對于根據傳統(tǒng)所得圖像的位移的判定也可通過根據本發(fā)明的系統(tǒng)和方法而改進。特別地，當傳統(tǒng)所得圖像稍微可預見或可控制并包含大量在高的空間頻率上的信息時，根據本發(fā)明的相關位移判定，相對于傳統(tǒng)的操作將得到顯著的改進。
雖然本發(fā)明已結合以上概括的典型實施例進行了描述，但明顯的是，對于技術熟練人士來說許多替換、修改和變化是顯而易見的。因此，本發(fā)明的典型實施例，如上所述的，旨在描述而并非限制。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可作出多種變化。
權利要求
1.一種可用于減少基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)的位移誤差的方法，包括判定對應于未補償位移值的誤差量的估算，該未補償位移值表示參考圖像和位移圖像之間的位移，其中，在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中，對誤差量的估算表示為與相對于非特定參考圖像位置的位移相關。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，還包含根據參考圖像和位移圖像產生未補償?shù)奈灰浦怠?br> 3.根據權利要求1的方法，其特征在于，還包含將估算的誤差量和未補償?shù)奈灰浦迪嘟Y合以判定參考圖像和位移圖像之間的補償位移。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于對誤差量的估算是多個在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中所表示誤差估算中的一個，該數(shù)值與相對于非特定參考圖像位置的位移相關；以及相對于非特定參考圖像位置的位移覆蓋了一個范圍，該范圍可以是基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中單個參考圖像所使用的最大位移范圍的重要部分。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于，誤差量的估算以包含查找表的形式表示。
6.根據權利要求5的方法，其特征在于，誤差量的估算以包含基于表示在查找表中值之間的內插的值的形式表示。
7.根據權利要求1的方法，其特征在于誤差量的估算以包含誤差函數(shù)的形式表示，該函數(shù)表示在未補償位移值中觀察所得的誤差，該未補償位移值是由基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)采用單個參考圖像在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中的最大位移范圍的重要部分來判定的；以及誤差函數(shù)包括至少一個與所觀察誤差的總曲率相關的分量，總曲率可在采用單個參考圖像在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中的最大位移范圍的重要部分上延伸。
8.根據權利要求7的方法，其特征在于，還包含使誤差函數(shù)與參考值和未補償位移值之間的差異相擬合，其中，參考值表示參考圖像和位移圖像之間的位移，且其中，未補償位移值表示參考圖像和位移圖像之間的位移。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于，還包含使誤差函數(shù)和參考值之間的差異最小化。
10.根據權利要求7的方法，其特征在于，誤差函數(shù)包括與周期性圖像相關內插誤差有關的第一周期分量。
11.根據權利要求10的方法，其特征在于，誤差函數(shù)包括在一范圍內改變第一周期分量振幅的第二分量，該范圍可以是采用單個參考圖像在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中的最大位移范圍的重要部分。
12.一種可用于減少基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中位移誤差的設備，包括一模塊，判定對應未補償位移值的誤差量的估算，未補償?shù)奈灰浦当硎緟⒖紙D像和位移圖像之間的位移，其中，誤差量的估算以與相對于非特定參考圖像位置的位移相關的模塊表示。
13.根據權利要求12的設備，其特征在于，還包含根據參考圖像和位移圖像產生未補償位移值。
14.根據權利要求12的設備，其特征在于，還包含將估算的誤差量和未補償?shù)奈灰浦迪嘟Y合以判定參考圖像和位移圖像之間的補償位移。
15.根據權利要求12的設備，其特征在于對誤差量的估算是多個表示在與相對于非特定參考圖像位置的位移相關的模塊中的一個誤差估算；以及相對于非特定參考圖像位置的位移覆蓋了一個范圍，該范圍可以是在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中單個參考圖像所使用的最大位移范圍的重要部分。
16.根據權利要求12的設備，其特征在于，誤差量的估算以包含查找表的形式表示。
17.根據權利要求16的設備，其特征在于，誤差量的估算以包含基于表示在查找表中值之間的內插的值的形式表示。
18.根據權利要求12的設備，其特征在于誤差量的估算以包含誤差函數(shù)的形式表示，該函數(shù)表示在未補償位移值中觀察所得的誤差，該未補償位移值是由基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)采用與單個參考圖像在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中的最大位移范圍的重要部分來判定的；以及誤差函數(shù)包括至少一個與所觀察誤差的總曲率相關的分量，總曲率可在采用單個參考圖像在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中的最大位移范圍的重要部分上延伸。
19.根據權利要求18的設備，其特征在于，還包含使誤差函數(shù)與參考值和未補償位移值之間差異相擬合的模塊，參考值表示參考圖像和位移圖像之間的位移，并且其中，未補償位移值表示參考圖像和位移圖像之間的位移。
20.根據權利要求19的設備，其特征在于，還包含使誤差函數(shù)和參考值之間的差異最小化的模塊。
21.根據權利要求18的設備，其特征在于，誤差函數(shù)包括與周期性圖像相關內插誤差有關的第一周期分量。
22.根據權利要求21的方法，其特征在于，誤差函數(shù)包括在一范圍內改變第一周期分量振幅的第二分量，該范圍可以是采用單個參考圖像在基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中的最大位移范圍的重要部分。
23.根據權利要求12的設備，其特征在于，該設備是計算機可讀的媒體，且其中，模塊是存儲在計算機可讀媒體上的控制程序。
24.一種被編碼以向能執(zhí)行控制程序的設備發(fā)送控制程序的載波，控制程序可用于減少基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)中的位移誤差，該控制程序包括指令，用于判定對應未補償位移值的誤差量的估算，未補償位移值表示參考圖像和位移圖像之間的位移，其中，誤差量的估算可以一個控制程序和與相對于非特定參考圖像位置的位移相關的基于圖像相關的位移測量系統(tǒng)來表示。
全文摘要
一種用于圖像相關系統(tǒng)中校正或減少位置誤差的方法和系統(tǒng)，其獲取誤差函數(shù)，該函數(shù)基本反映標準參考圖像更新長度上發(fā)生的誤差，和在第一頻率上發(fā)生的誤差，以及各種其它系統(tǒng)誤差。誤差可與第一參考值進行比較以擬合位置誤差。在不同的實施例中，在將誤差函數(shù)擬合到第一參考值的過程中，可變化誤差函數(shù)的參數(shù)。所得到的誤差函數(shù)被隨后用于判定位置誤差并提供更加準確的圖像相關系統(tǒng)。在一個典型應用中，第一頻率與像素間距有關，而且與參考圖像變化之間的距離有關的標準參考圖像更新長度是可使用的最大參考圖像更新長度。
文檔編號G06T3/00GK1419217SQ0215068
公開日2003年5月21日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權日2001年11月13日
發(fā)明者B·K·瓊斯, M·那罕 申請人:株式會社三豐