专利名称：一种微运动测量方法
技术领域：
本发明涉及一种运动测量方法。
背景技术：
微/纳制造技术在汽车、新能源、柔性电子、光电子、MEMS/NEMS (微/纳机电系统)以及生物医疗等领域有着广泛的应用前景。在微/纳制造中，微/纳系统的动态性能对其设计、制造及可靠性运行都具有非常重要的意义，因此对微/纳系统动态特性进行测试显得尤为关键。此外，纳米级精度微位移检测技术是研究精密微动平台的关键技术之一。在所报道的微结构微运动测量方法中，计算机微视觉测量方法不需要复杂的干涉光路系统及激光光源。同时，在该方法中被测量的运动直接来自视频图像，能够直观地观测被测目标及其运动情况，从而方便实现人机交互及对被测运动进行解释。为此，计算机微视觉方法逐渐成为测量微结构微运动最有效的方法。在所报道的测量微运动的计算机微视觉方法中，大多数都是基于序列清晰图像设计的。这些方法通常采用高速成像设备缩短摄像机的曝光时间或采用频闪成像设备“冻结”目标图像来避免图像的�：佣跎僭硕：晕⒃硕饬康挠跋臁Ｈ欢饬街窒硕：姆椒ㄔ黾恿松璞傅某杀净虿饬康母丛有�。结合计算机微视觉方法，直接利用微结构的�：枷窠懈呔任⒃硕饬浚梢越档筒饬康某杀净蚋丛有�。通过对现有技术的综合分析和比较，目前所报道的微运动测量方法主要存在以下几个方面的问题(I)采用高速成像设备和频闪成像设备来消除运动�：募扑慊⑹泳醴椒ㄔ黾恿松璞傅某杀净虿饬康母丛有裕�(2)目前所报道的直接利用模糊图像信息进行运动估计、角速度测量、振幅测量及转速测量的方法均需要首先建立运动�：枷衲Ｐ停倚枰阎硕睦嘈停蚨杂诓煌脑硕嘈托枰杓撇煌牟饬克惴ǎ�(3)目前存在的直接利用运动�：枷衲：畔⒔性硕兰频姆椒ú⒉皇钦攵晕⒔峁沟奈⒃硕饬慷杓频模糜诓饬课⒔峁刮⒃硕本冉系�。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种克服现有技术的不足，直接采用运动�：枷竦哪：畔⒔形⒔峁刮⒃硕饬康母呔确椒�。本发明是这样实现的，采用具有自动控制曝光时间及光电转换系数的计算机微视觉系统采集一组微结构的�：枷瘢缓蟠痈米槲⒔峁沟哪：枷裰胁捎肧pectralmatting算法提取一组�：枷竦摩镣ǖ佬畔ⅲ谰莞米槟：枷竦摩镣ǖ佬畔⒓罢庑│镣ǖ佬畔⒓涞奶荻龋⑼ü玖饔虬衅揭萍靶榷嘀衷硕嘈偷姆律浔浠凰� 获得的运动模糊图像σ通道信息的梯度结合相应的待测图像β通道信息的时间梯度5，建立一种类似用于光流约束模型为运动�：枷�0通道信息的梯度，b表示运动参数向量，^表示待测图像α通道信息的时间梯度，即微结构运动前后采集的图像α通道信息的差值，依据建立的该�：枷裨硕际Ｐ途涂苫竦盟枰奈⒃硕饬拷峁�。所获得的微运动测量结果的单位是像素，根据所采用的摄像设备所固有的像素转换成距离单位参数(如有些摄像设备一像素为O. I毫米)换算成毫米单位。式中，为运动�：枷馸通道信息的梯度b表示运动参数向量表示待
图像tr通道信息的时间梯度，即微结构运动前后采集的图像α通道信息的差值。^是其实就是待测图像的α通道信息的时间梯度。也就是说，微结构运动前采集一副图像，提取该图像的α通道信息(标记为A ),运动了 b (假如是位移)后，再采取一副图像，并提取其α通道
信息(标记为％)，那么Zp = Oi2-C1 ,是一个向量。这里，利用小模板的中值滤波器对采集的微结构的�：枷窠兄兄德瞬ǎコ⒘Ｔ肷圆饬拷峁挠跋�。此外，将计算机微视觉系统安装在隔振台上以减少由外界振动等因素引起的机械噪声对微运动测量的影响。�：枷瘭镣ǖ佬畔⑻荻鹊募扑悴捎锰荻嚷瞬ㄆ骼唇�。采用梯度滤波器计算时，先将�：枷窠卸喑叨确椒ǚ纸猓：枷窬喑叨确椒ǚ纸夂螅紫炔捎眯〕橥返奶荻嚷瞬ㄆ骷扑悝镣ǖ佬畔⒌奶荻龋复蔚笤儆么蟪橥肥奶荻嚷瞬ㄆ骷扑阕詈笠徊憬洗笙袼卦硕叨炔隳：枷瘭�-通道信息的梯度。这种分层估计的方法不但能够提高微运动测量精度，而且能够加快算法的测量速度。为了进一步提高微运动测量精度，�：枷裨硕际Ｐ椭械脑硕问捎寐嘲艄兰品椒ń屑扑�。同传统的最小二乘法相比较，鲁棒估计方法的误差达到一个饱和值以后，不再增大，于是界外值对最终解的影响受到了一定的限制，从而能够进一步提高测量精度。以算法的精度为横坐标，效率为纵坐标，构建一个精度一效率二维性能评估坐标系，通过设置不同的计算α通道信息梯度的滤波器抽头数或多尺度方法的尺度层数，来获得不同的精度、效率坐标参数，采用该坐标参数评估微运动测量算法的精度和效率。根据精度和效率性能评估结果，修正设计的微运动测量算法，使得设计的算法不但测量精度高而且测量速度快。同时，将所获得的数据和激光干涉仪对微结构的微运动进行测量所获得数据进行比较，验证本发明所述的直接采用�：枷癫饬课⒃硕姆椒芄徊饬扛呔鹊奈⒔峁刮⒃硕�。本发明与已有技术相比，具有直接采用运动模糊图像的模糊信息进行微结构微运动测量、测量精度高、测量设备成本低的优点。
图I为本发明�：枷裨硕际９淌疽� 图2为微运动测量算法流程 图3为微结构�：枷裎⒃硕饬苛鞒掏�。
具体实施例方式 现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述
如图I所示，本发明是这样实现的，采用具有自动控制曝光时间及光电转换系数的计算机微视觉系统采集一组微结构的�：枷瘢缓蟠痈米槲⒔峁沟哪：枷裰胁捎肧pectral matting算法提取一组�：枷竦摩镣ǖ佬畔ⅲ谰莞米槟：枷竦摩镣ǖ佬畔⒓罢庑│镣ǖ佬畔⒓涞木嗬胩荻龋⑼ü玖饔虬衅揭萍靶榷嘀衷硕嘈偷姆律浔浠凰竦玫脑硕：枷瘛锻ǖ佬畔⒌奶荻冉岷舷嘤Φ拇馔枷� 通道信息的时间梯度h，建立一种类似用于光流约束模型=为运动�：枷�0|通道
信息的梯度，h表示运动参数向量，^表示待测图像0^通道信息的时间梯度，即微结构运动
前后采集的S像α通道信息的差值，依据建立的该�：枷裨硕际Ｐ途涂苫竦盟枰奈⒃硕饬拷峁�。如图3所示，利用小模板的中值滤波器对采集的微结构的�：枷窠兄兄德瞬ɡ词迪衷肷种疲コ⒘Ｔ肷圆饬拷峁挠跋�。此外，将计算机微视觉系统安装在隔振台上通过精密标定块进行系统标定，以减少由外界振动等因素引起的机械噪声对微运动测
量的影响。如图2所示，�：枷竦摩镣ǖ佬畔⒌奶荻燃扑悴捎锰荻嚷瞬ㄆ骼唇�。采用梯度滤波器计算时，先对�：枷窠卸喑叨确椒ǚ纸猓：枷窬喑叨确椒ǚ纸夂螅紫炔捎眯〕橥返奶荻嚷瞬ㄆ骷扑悝镣ǖ佬畔⒌奶荻龋复蔚笤儆么蟪橥肥奶荻嚷瞬ㄆ骷扑阕詈笠徊憬洗笙袼卦硕叨炔隳：枷瘭镣ǖ佬畔⒌奶荻权� α。如图2、3所示，对构成�：枷裨硕际Ｐ偷氖莶捎寐嘲艄兰品椒ń写�。如图3所示，以算法的精度为横坐标，效率为纵坐标，构建一个精度一效率二维性能评估坐标系，通过设置不同α通道信息梯度的滤波器抽头数或多尺度方法的尺度层数，来获得不同的精度、效率坐标参数，采用该坐标参数评估微运动测量算法的精度和效率。根据精度和效率性能评估结果，修正设计的微运动测量算法，使得设计的算法不但测量精度高而且测量速度快。同时，将所获得的数据和激光干涉仪对微结构的微运动进行测量所获得数据进行比较，验证本发明所述的直接采用�：枷癫饬课⒃硕姆椒芄徊饬扛呔鹊奈⒔峁刮⒃硕�。
权利要求
1.一种微运动测量方法，其特征在于采用具有自动控制曝光时间及光电转换系数的计算机微视觉系统采集一组微结构的模糊图像，然后从该组微结构的�：枷裰胁捎肧pectral matting算法提取一组�：枷竦摩镣ǖ佬畔ⅲ谰莞米槟：枷竦摩镣ǖ佬畔⒓罢庑│镣ǖ佬畔⒓涞木嗬胩荻龋⑼ü玖饔虬衅揭萍靶榷嘀衷硕嘈偷姆律浔浠凰竦玫脑硕：枷瘭镣ǖ佬畔⒌奶荻权�<!结合相应的待测图像α通道信息的时间梯度5，建立一种类似用于光流约束模型= Va为运动模糊图像1*通道信息的梯度，b表示运动参数向量^表示待测图像0；通道信息的时间梯度，即微结构运动前后采集的图像α通道信息的差值，依据建立的该�：枷裨硕际Ｐ途涂苫竦盟枰奈⒃硕饬拷峁�。
2.根据权利要求I所述的微运动测量方法，其特征在于利用小模板的中值滤波器对采集的微结构的�：枷窠兄兄德瞬ǎコ⒘Ｔ肷圆饬拷峁挠跋�。
3.根据权利要求I或2所述的微运动测量方法，其特征在于将计算机微视觉系统安装在隔振台上以减少由外界振动等因素引起的机械噪声对微运动测量的影响。
4.根据权利要求I或2所述的微运动测量方法，其特征在于�：枷瘭镣ǖ佬畔⒌奶荻鹊募扑悴捎锰荻嚷瞬ㄆ骼唇�。
5.根据权利要求3所述的微运动测量方法，其特征在于�：枷瘭镣ǖ佬畔⒌奶荻鹊募扑悴捎锰荻嚷瞬ㄆ骼唇小�
6.根据权利要求4所述的微运动测量方法，其特征在于采用梯度滤波器计算时，先对�：枷窠卸喑叨确椒ǚ纸猓：枷窬喑叨确椒ǚ纸夂螅紫炔捎眯〕橥返奶荻嚷瞬ㄆ骷扑悝镣ǖ佬畔⒌奶荻龋复蔚笤儆么蟪橥肥奶荻嚷瞬ㄆ骷扑阕詈笠徊憬洗笙袼卦硕叨炔隳：枷瘭镣ǖ佬畔⒌奶荻�。
7.根据权利要求5所述的微运动测量方法，其特征在于采用梯度滤波器计算时，先对�：枷窠卸喑叨确椒ǚ纸猓：枷窬喑叨确椒ǚ纸夂螅紫炔捎眯〕橥返奶荻嚷瞬ㄆ骷扑悝镣ǖ佬畔⒌奶荻龋复蔚笤儆么蟪橥肥奶荻嚷瞬ㄆ骷扑阕詈笠徊憬洗笙袼卦硕叨炔隳：枷瘭镣ǖ佬畔⒌奶荻取�
8.根据权利要求I或2或5或6或7所述的微运动测量方法，其特征在于对构成�：枷裨硕际Ｐ偷氖莶捎寐嘲艄兰品椒ń写�。
9.根据权利要求6或7所述的微运动测量方法，其特征在于以算法的精度为横坐标，效率为纵坐标，构建一个精度一效率二维性能评估坐标系，通过设置不同α通道信息梯度的滤波器抽头数或多尺度方法的尺度层数，来获得不同的精度、效率坐标参数，采用该坐标参数评估微运动测量算法的精度和效率，根据精度和效率性能评估结果，修正设计的微运动测量算法，使得设计的算法不但测量精度高而且测量速度快，同时，将所获得的数据和激光干涉仪对微结构的微运动进行测量所获得数据进行比较，验证本发明所述的直接采用�：枷癫饬课⒃硕姆椒芄徊饬扛呔鹊奈⒔峁刮⒃硕�。
10.根据权利要求8所述的微运动测量方法，其特征在于以算法的精度为横坐标，效率为纵坐标，构建一个精度一效率二维性能评估坐标系，通过设置不同α通道信息梯度的滤波器抽头数或多尺度方法的尺度层数，来获得不同的精度、效率坐标参数，采用该坐标参数评估微运动测量算法的精度和效率，根据精度和效率性能评估结果，修正设计的微运动测量算法，使得设计的算法不但测量精度高而且测量速度快，同时，将所获得的 数据和激光干涉仪对微结构的微运动进行测量所获得数据进行比较，验证本发明所述的直接采用模糊图像测量微运动的方法能够测量高精度的微结构微运动。
全文摘要
一种微运动测量方法，其特征在于采用具有自动控制曝光时间及光电转换系数的计算机微视觉系统采集一组微结构的�：枷瘢缓蟠痈米槲⒔峁沟哪：枷裰胁捎肧pectralmatting算法提取一组�：枷竦摩镣ǖ佬畔ⅲ谰莞米槟：枷竦摩镣ǖ佬畔⒓罢庑│镣ǖ佬畔⒓涞木嗬胩荻�,并通过基本流域包含有平移及旋转等多种运动类型的仿射变换所获得的运动�：枷裢ǖ佬畔⒌奶荻冉岷舷嘤Φ拇馔枷裢ǖ佬畔⒌氖奔涮荻�,建立一种类似用于光流约束模型，为运动�：枷裢ǖ佬畔⒌奶荻龋硎驹硕问蛄浚硎敬馔枷裢ǖ佬畔⒌氖奔涮荻龋次⒔峁乖硕昂蟛杉耐枷裢ǖ佬畔⒌牟钪担谰萁⒌母媚：枷裨硕际Ｐ途涂苫竦盟枰奈⒃硕饬拷峁�。本发明与已有技术相比，具有直接采用运动�：枷竦哪：畔⒔形⒔峁刮⒃硕饬�、测量精度高、测量设备成本低的优点。
文档编号G01P13/00GK102645555SQ20121004010
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者卢清华 申请人:佛山科学技术学院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
