采用点光源反射成像的位移测量装置

1.本发明涉及光电位移精密测量技术领域，尤其涉及一种采用点光源反射成像的位移测量装置。


背景技术：

2.数字化位移测量是集光机电于一体化的高精密测量技术，以其高精度、高分辨力、测量范围广、易于与数字化设备对接等优点已成为工业制造、航空航天、军事装备等领域的关键技术。随着生产制造业的发展，对数字化位移测量技术提出了更高的要求，主要包：高分辨能力和高测量精度的要求。因此，研究高分辨力、高精度位移测量技术，是基础制造研究领域的热门，具有重要的研究价值。
3.随着数字化位移测量技术的研究开展，基于图像识别的位移测量已经成为一种新兴的高性能位移测量技术。图像式位移测量技术由于采用数字图像处理方法，因而具有较高的鲁棒性和容错性。与传统莫尔条纹位移测量技术相比，图像式位移测量技术能够更轻易的实现高分辨力和高精度位移测量。
4.在图像式位移测量的成像光路设计中，一般做法是采用平行光源照射光栅码盘，进行将光栅码盘上的图案映射到图像处理器上。但是，受制于平行光源器件的体积，无法在轴向方向进一步缩小测量光路的高度。因此，更易于缩小测量装置高度的测量方法称为一个研究核心。
5.采用点光源照射光栅码盘，并将码盘上的图案反射到图像处理器上，能够有效的缩小图像式位移测量的高度。但是，由于点光源发出球面光波照射时，会使得成像结果产生光照强度不均匀，从而产生测量误差。此外，在反射式位移测量中，测量准确度对于光栅码盘上的灰尘等轻微污渍及其明暗，急需寻找具有较高鲁棒性能的位移测量方法。


技术实现要素：

6.本发明为解决上述问题，提供一种采用点光源反射成像的位移测量装置，以解决现有的位移测量装置存在准确性和鲁棒性不高的技术问题。
7.本技术提供一种采用点光源反射成像的位移测量装置，其中，位移测量装置包括点光源、编码机构，及依次相互连接的图像处理器、像素采集模块、光照补偿模块、编码识别模块、位移细分模块及输出模块，所述编码机构包括旋转编码码盘或直线编码码尺，其中：所述点光源用于将发出的球面波照射所述旋转编码码盘或所述直线编码码尺，以使照射至所述旋转编码码盘上的图案或所述直线编码码尺上的图案反射至所述图像处理器，所述图像处理器用于将采集的图像像素数据发送至所述像素采集模块，所述图像像素数据包括像素灰度值；所述像素采集模块用于将接收的所述像素灰度值发送至所述光照补偿模块，所述光照补偿模块用于对所述像素灰度值进行光照畸变补偿；所述编码识别模块用于根据经所述光照畸变补偿的像素灰度值得到当前位置所
述旋转编码码盘上的图案对应的译码值或当前位置所述直线编码码尺上的图案对应的译码值；所述位移细分模块用于在所述旋转编码码盘上的编码区间或在所述直线编码码尺上的编码区间进行位移细分运算，得到位移细分值；所述输出模块用于将对应的所述译码值和所述位移细分值进行整合并输出。
8.可选地，所述旋转编码码盘包括旋转主轴和设置于所述旋转主轴上的编码码盘，其中：所述编码码盘为刻画有单码道编码的圆形盘，所述编码码盘在圆周内包含有2n个编码区域，n大于等于1，每一个编码区域均包括依次排列紧密填充的第一反射图案和第二反射图案，所述每一个编码区域位于所述编码码盘的同一直径上；相互相邻的两个第一反射图案或相互相邻的两个第二反射图案之间的边界图案变化边沿还包括编码区域边界；所述第一反射图案包括各占比一半面积的左侧反光区、右侧不反光区，且对应所述反光区和所述不反光区之间的区边界为明至暗边界；所述第二反射图案包括各占比一半面积的左侧不反光区、右侧反光区，且对应所述不反光区和所述反光区之间的区边界为暗至明边界；可选地，所述直线编码码尺包括构造成直线的承载主体和设置于所述承载主体上的编码码尺，其中：所述编码码尺包括多个面积相同的编码区域，每一个编码区域包括依次排列紧密填充的第三反射图案和第四反射图案；所述第三反射图案包括各占比一半面积的左侧反光区、右侧不反光区，且对应所述反光区和所述不反光区之间的区边界为明至暗边界；所述第四反射图案包括各占比一半面积的左侧不反光区、右侧反光区，且对应所述不反光区和所述反光区之间的区边界为暗至明边界。
9.可选地，所述编码码盘在所述圆周内包括有所述2n个的所述第一反射图案和所述第二反射图案；所述第一反射图案和所述第二反射图案分别代表不同的编码元，对应不同的编码元按照m序列伪随机码方式排列。
10.可选地，所述编码码尺包括s个编码区域，其中，所述s的二进制位数设为s个bit，所述图像处理器采集所述编码码尺的图案中，至少包括有所述s个编码区域的图像信息；所述编码码尺在直线内包括有所述s个的所述第三反射图案和所述第四反射图案，所述第三反射图案和所述第四反射图案分别代表不同的编码元，对应不同的编码元按照m序列伪随机码方式排列。
11.可选地，所述点光源与所述图像处理器设于所述旋转编码码盘的反射图案的同一侧，所述图像处理器的像素排列方向与所述旋转编码码盘上的直径方向垂直，所述图像处理器采集所述旋转编码码盘的图案中，至少包括有所述n个编码区域的图像信息；所述点光源与所述图像处理器的中心点，垂直映射到所述旋转编码码盘上的位置都位于任意一个穿过所述旋转编码码盘圆心的一条直线上，在对应一条所述直线方向上，所述点光源与所述图像处理器之间的距离设为d；设所述点光源与所述旋转编码码盘之间的垂直距离为h1、所述图像处理器与所述旋转编码码盘之间的垂直距离为h2；
在所述旋转编码码盘的径向方向上，当所述点光源发出的光线照射到所述旋转编码码盘的图案上并反射回所述图像处理器时，所述点光源与照射到所述旋转编码码盘上的点，在径向方向的距离为d1，所述图像处理器中点与照射到所述旋转编码码盘上的点之间的距离为d2，分别通过以下公式计算如下：；；所述点光源与所述图像处理器之间的距离d≥4mm，所述点光源与所述旋转编码码盘之间的垂直距离h1≥4mm，所述图像处理器与所述旋转编码码盘之间的垂直距离h2≤1mm。
12.可选地，所述点光源与所述图像处理器设于所述直线编码码尺的反射图案的同一侧，所述图像处理器的像素排列方向与所述直线编码码尺的编码方向垂直，所述图像处理器采集所述直线编码码尺的图案中，至少包括有所述s个编码区域的图像信息；设所述点光源与所述图像处理器的中心点，垂直映射到所述直线编码码尺平面上的距离为d；设所述点光源与所述直线编码码尺之间的垂直距离为h3、所述图像处理器与所述直线编码码尺之间的垂直距离为h4；在所述直线编码码尺的编码方向上，当所述点光源发出的光线照射到所述直线编码码尺的图案上并反射回所述图像处理器时，所述点光源与照射到所述直线编码码尺上的点，在垂直于所述编码方向的距离为d3，所述图像处理器中点与照射到所述直线编码码尺上的点之间的距离为d4，分别通过以下公式计算如下：；；所述点光源与所述图像处理器的中心点，垂直映射到所述直线编码码尺平面上的距离d≥4mm，所述点光源与所述直线编码码尺平面之间的垂直距离h3≥4mm，所述图像处理器与所述直线编码码尺之间的垂直距离h4≤1mm。
13.可选地，所述光照补偿模块用于对所述像素灰度值进行光照畸变补偿，具体通过以下公式进行实现：设所述点光源发出的球面光波通过所述旋转编码码盘反射到所述图像处理器中心点的传播距离为r，所述传播距离r的数值通过以下公式计算得出：；设所述图像处理器的像素间距为δx，所述图像处理器共有像素数量为p个，所述光照补偿模块按照以下公式计算补偿数组c(i)：；其中，所述i表示由左至右的第i个像素位置，i=1，2，
…
，p；设所述像素采集模块采集到的像素灰度值数组为p(i)，通过补偿后得到的像素灰
度值数组通过以下公式计算得出：补偿后的像素灰度值数组pb(i)= p(i)
˙
c(i)。
14.可选地，所述光照补偿模块用于对所述像素灰度值进行光照畸变补偿，具体通过以下公式进行实现：设所述点光源发出的球面光波通过所述直线编码码尺反射到所述图像处理器中心点的传播距离为r，所述传播距离r的数值通过以下公式计算得出：；设所述图像处理器的像素间距为δx，所述图像处理器共有像素数量为p个，所述光照补偿模块按照以下公式计算补偿数组c(i)：；其中，所述i表示由左至右的第i个像素位置，i=1，2，
…
，p；设所述像素采集模块采集到的像素灰度值数组为p(i)，通过补偿后得到的像素灰度值数组通过以下公式计算得出：补偿后的像素灰度值数组pb(i)= p(i)
˙
c(i)。
15.可选地，所述编码识别模块还用于：根据所述补偿后的像素灰度值数组pb(i)获取所有图像的跳变边沿位置；及对采集补偿的所述像素灰度值数组pb(i)进行二值化运算，得到二值化结果数组y(i)，其中，所述i表示由所述图像左侧开始第i个像素位置；并根据所述二值化结果数组y(i)，将所述二值化结果数组y(i)中对应所有图像的跳变边沿位置存入至数组e(j)中，其中，所述e(j)表示由图像左侧开始第j个边沿的位置。
16.可选地，所述编码识别模块还用于：将根据所有变化边沿所在位置e(j)，判断出所述明至暗边界和所述暗至明边界的位置f(k)，其中，所述k表示第k个边界位置；所述编码区间在所述旋转编码码盘的圆周上的间距为l=πd/2n，所述d代表所述旋转编码码盘的直径；或者，所述编码区间在所述直线编码尺测量范围内的间距为l=p/s，所述p代表所述直线编码码尺的量程范围；当所述图像处理器的像素间距为δx时，所述距离l对应的像素个数δl为：δl=l/δx；及根据相邻边沿位置数组e(j)和e(j+1)之间的差值来判断是否是所述明至暗边界，以及所述暗至明边界，并剔除所述编码区域边界，同时将所述明至暗边界和所述暗至明边界的像素级边沿位置统一存储到所述位置f(k)中。
17.可选地，所述编码识别模块还用于：以像素中点位置p/2为起点，分别向左右两侧识别相邻的n/2个编码区域，其中，当n为奇数时，将在图像中点的左侧识别(n-1)/2个编码区域，在所述图像中点的右侧识别(n+1)/2个编码区域，共得到n个编码区域和相对应的有效边沿位置f(1)~f(n)；及用于判断所述n个有效边沿位置f(1)~f(n)处是所述明至暗边界还是所述暗至
明边界，若是所述明至暗边界，则代表编码元“0”，若是所述暗至明边界，则代表编码元“1”；并将所述f(1)~f(n)处的n个编码元合并组成n个bit的二进制数据，并以所述n个bit的二进制数据查询预设的译码表，得到所述译码值a。
18.可选地，所述编码识别模块还用于：以像素中点位置p/2为起点，分别向左右两侧识别相邻的s/2个编码区域，其中，当s为奇数时，将在图像中点的左侧识别(s-1)/2个，在所述图像中点的右侧识别(s+1)/2个编码区域，共得到s个编码区域和相对应的有效边沿位置f(1)~f(s)；及用于判断所述s个有效边沿位置f(1)~f(s)处是所述明至暗边界还是所述暗至明边界，若是所述明至暗边界，则代表编码元“0”，若是所述暗至明边界，则代表编码元“1”；并将所述f(1)~f(s)处的s个编码元合并组成s个bit的二进制数据，并以所述s个bit的二进制数据查询预设的译码表，得到所述译码值a。
19.可选地，所述位移细分模块还用于：根据所述像素级边沿位置，计算出亚像素级的位移细分数值，取图像中点左侧相邻的位置f(n/2)以及所述图像中点右侧相邻的位置f(1+n/2)作为细分基准，当n为奇数时，将取位置f[(n-1)/2]和f[(n+1)/2]，以及位置f(n/2)和f(1+n/2)为像素级定位位置；并采用拟合的方式确定所述亚像素级的定位位置，对于图像中点左侧的位置f(n/2)，设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(n/2)-1，f(n/2)，f(n/2)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x2)，pb(x3) }，拟合函数为y=c1
˙
x+c2；及采用最小二乘法将x={x1，x2，x3}和y={y1，y2，y3}带入，确定系数c1和c2，得到位置f(n/2)对应的亚像素位置为：；对于所述图像中点右侧的位置f(n/2+1)，将设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(n/2+1)-1，f(n/2+1)，f(n/2+1)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x)，pb(x3) }，并确定拟合函数y=c3
˙
x+c4中的系数c3和c4，得到位置f(n/2+1)对应的亚像素位置为；；所述位移细分模块按照以下公式计算得到所述位移细分数值b；；其中，所述2m表示细分倍数，且所述2m≥2
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。
[0020]
可选地，所述位移细分模块还用于：根据所述像素级边沿位置，计算出亚像素级的位移细分数值，取图像中点左侧相邻的位置f(s/2)以及所述图像中点右侧相邻的位置f(1+s/2)作为细分基准，当s为奇数时，将取位置f[(s-1)/2]和f[(s+1)/2]，以及位置f(s/2)和f(1+s/2)为像素级定位位置；并采用拟合的方式确定所述亚像素级的定位位置，对于图像中点左侧的位置f(s/2)，设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(s/2)-1，f(s/2)，f(s/2)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x2)，pb(x3) }，拟合函数为y=c1
˙
x+c2；及采用最小二乘法将x={x1，x2，x3}和y={y1，y2，y3}带入，确定系数c1和c2，得到
位置f(s/2)对应的亚像素位置为：；对于所述图像中点右侧的位置f(s/2+1)，将设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(s/2+1)-1，f(s/2+1)，f(s/2+1)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x)，pb(x3) }，并确定拟合函数y=c3
˙
x+c4中的系数c3和c4，得到位置f(s/2+1)对应的亚像素位置为；；所述位移细分模块按照以下公式计算得到所述位移细分数值b；；其中，所述2m表示细分倍数，且所述2m≥2
15
。
[0021]
可选地，所述输出模块按照以下公式确认所述位移测量数据data：；其中，a代表所述译码数值，b代表所述位移细分数值。与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：本技术发明构思的位移测量装置，通过配置点光源以及依次相互连接的图像处理器、像素采集模块、光照补偿模块、编码识别模块、位移细分模块及输出模块，具体可以应用在旋转编码码盘和直线编码码尺等应用场景中，以使得基于点光源照射可实现高精度的位移测量，并且受点光源发出的球面光波和码盘污渍影响极小，为小型化高性能位移测量技术的实施提供依据，即通过各模块间的相互协同配合，例如光照补偿模块能够使得采集的像素灰度值更加准确，从而使得计算得到的译码值更加准确，位移细分模块能够使得在旋转编码码盘的编码区间之间实现位移细分运算，从而提高测量分辨能力，如此使得本技术基于点光源的位移测试装置具有较高的准确性及鲁棒性能。
[0022]
本技术实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例而了解。本技术实施例的目的和其他优点在说明书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]
图1是根据本发明实施例提供的采用点光源反射成像的位移测量装置的一个原理图；图2是根据本发明实施例提供的旋转编码码盘的一个示意图；图3a是根据本发明实施例提供的点光源反射成像的测量光路（旋转编码码盘）的一个示意图；
图3b是根据本发明实施例提供的点光源反射成像的测量光路（直线编码码尺）的一个示意图；图4是根据本发明实施例提供的边界识别方法的一个示意图；图5是根据本发明实施例提供的位移细分的一个原理图；图6是根据本发明实施例提供的用于直线位移测量的一个原理图。
[0025]
其中，附图标记如下：1-点光源；2-图像处理器；3-编码码盘；4-旋转主轴；5-像素采集模块；6-光照补偿模块；7-编码识别模块；8-位移细分模块；9-输出模块；31-第一反射图案；311-左侧反光区；312-右侧不反光区；313-明至暗边界；32-第二反射图案；321-左侧不反光区；322-右侧反光区；323-暗至明边界；33-编码区域边界；10-直线编码码尺；101-承载主体；102-编码码尺。
具体实施方式
[0026]
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0027]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
[0028]
本技术第一方面提供一种采用点光源1反射成像的位移测量装置，具体地，如图1所示，该位移测量装置包括点光源1、编码机构，及依次相互连接的图像处理器2（具体可以配置为线阵图像处理器）、像素采集模块5、光照补偿模块6、编码识别模块7、位移细分模块8及输出模块9，也即，像素采集模块5与图像处理器2相互连接，光照补偿模块6与像素采集模块5相互连接，编码识别模块7与光照补偿模块6相互连接，位移细分模块8与编码识别模块7相互连接，输出模块9与位移细分模块8相互连接；具体地，编码机构包括旋转编码码盘或直线编码码尺10，其中：针对旋转编码码盘的测量方案，实际应用的测量场景中，为了便于测量，如图1所示，点光源1和图像处理器2分别可以放置于旋转编码模块的同一侧，旋转编码码盘能够自身转动，点光源1、图像处理器2、像素采集模块5及光照补偿模块6等模块可以保持固定不动；在实际工作时：点光源1用于将发出的球面波照射旋转编码码盘，以将旋转编码码盘上的图案反射至图像处理器2上实现反射成像，以使照射至旋转编码码盘上的图案反射至图像处理器
2，图像处理器2用于将采集的图像像素数据发送至像素采集模块5，图像像素数据包括像素灰度值；像素采集模块5用于采集图像处理器2获取的像素灰度值，并用于将接收的像素灰度值发送至光照补偿模块6，光照补偿模块6用于对像素灰度值进行光照畸变补偿；编码识别模块7用于根据经光照畸变补偿的像素灰度值得到当前位置旋转编码码盘的图案对应的译码值，该译码值表示为a；位移细分模块8用于在旋转编码码盘上的编码区间进行位移细分运算，得到位移细分值，该位移细分值表示为b；基于得到的译码值a和位移细分值b，输出模块9用于将对应的译码值和位移细分值进行整合并输出，而后可以按照预设的输出协议输出相关数据。
[0029]
同样，针对直线编码码尺10的测量方案，实际应用场景中，为了便于测量，如图6所示，点光源1与图像处理器2可以均配置于位于直线编码码尺10的上方，图像处理器2的像素排列方向与直线编码码尺10的编码方向平行；且图像处理器2和点光源1分别位于直线编码码尺10的同一侧；在实际工作时：点光源1用于将发出的球面波照射直线编码码尺10，以使照射至直线编码码尺10上的图案反射至图像处理器2，也即，点光源1用于将发出的球面波照射直线编码码尺10，以使照射至直线编码码尺10上的图案反射至图像处理器2；图像处理器2用于将采集的图像像素数据发送至像素采集模块5，图像像素数据包括像素灰度值；像素采集模块5用于采集图像处理器2获取的像素灰度值，并用于将接收的像素灰度值发送至光照补偿模块6，光照补偿模块6用于对像素灰度值进行光照畸变补偿；编码识别模块7用于根据经光照畸变补偿的像素灰度值得到当前位置直线编码码尺10的图案对应的译码值，该译码值表示为a；位移细分模块8用于在直线编码码尺10上的编码区间进行位移细分运算，得到位移细分值，该位移细分值表示为b；基于得到的译码值a和位移细分值b，输出模块9用于将对应的译码值和位移细分值进行整合并输出，而后可以按照预设的输出协议输出相关数据。
[0030]
需要说明的是，上个实施例中所述的连接可以包括但不局限于例如带有导线的有线连接或者无线连接等，具体不作限定，可以根据实际场景进行选择。
[0031]
本技术发明构思的位移测量装置，通过配置点光源1以及依次相互连接的图像处理器2、像素采集模块5、光照补偿模块6、编码识别模块7、位移细分模块8及输出模块9，具体可以应用在旋转编码码盘和直线编码码尺10等应用场景中，以使得基于点光源1照射可实现高精度的位移测量，并且受点光源1发出的球面光波和码盘污渍影响极小，为小型化高性能位移测量技术的实施提供依据，即通过各模块间的相互协同配合，例如光照补偿模块6能够使得采集的像素灰度值更加准确，从而使得计算得到的译码值更加准确，位移细分模块8能够使得在旋转编码码盘或直线编码码尺10的编码区间之间实现位移细分运算，从而提高测量分辨能力，如此使得本技术基于点光源1的位移测试装置具有较高的准确性及鲁棒性能。
[0032]
在一个实施例中，如图2所示，上述实施例中的旋转编码码盘包括旋转主轴4和设置于该旋转主轴4上的编码码盘3，其中，为了便于测量，编码码盘3的中心安装在旋转主轴4输出轴上，具体可以安装在旋转主轴4输出轴的顶端，编码码盘3并随着旋转主轴4的旋转，编码码盘3随着转动相应的角度。
[0033]
具体地，编码码盘3为刻画有单码道编码的圆形盘，编码码盘3在圆周内包括有2n个编码区域，n大于等于1，每一个编码区域均包括根据m序列伪随机码依次排列紧密填充的
第一反射图案31和第二反射图案32，所有的反射图案紧密连接，每一个编码区域位于编码码盘3的同一直径上；具体地，如图2所示：相互相邻的两个第一反射图案31或者相互相邻的两个第二反射图案32之间的边界图案变化边沿还包括编码区域边界33；第一反射图案31包括各占比一半面积的左侧反光区311、右侧不反光区312，且对应反光区和不反光区之间的区边界为第一亮度边界到第二亮度边界，其中，第一亮度大于第二亮度，即左侧反光区311、右侧不反光区312的区边界为明至暗边界313；第二反射图案32包括各占比一半面积的左侧不反光区321、右侧反光区322，且对应不反光区和反光区之间的区边界为第二亮度边界到第一亮度边界，其中，第二亮度大于第一亮度，即左侧不反光区321、右侧反光区322的区边界为暗至明边界323；在一个实施例中，如图6所示，直线编码码尺10包括构造成直线的承载主体101和设置于承载主体101上的编码码尺102，其中：编码码尺102包括多个面积相同的编码区域，每一个直线编码码尺10的编码区域包括依次排列紧密填充的第三反射图案（图中未示出）和第四反射图案（图中未示出），其中，同第一反射图案31和第二反射图案32，第三反射图案同样也可以包括各占比一半面积的左侧反光区、右侧不反光区，且对应反光区和不反光区之间的区边界为明至暗边界；第四反射图案同样也可以包括各占比一半面积的左侧不反光区、右侧反光区，且对应不反光区和反光区之间的区边界为暗至明边界；具体可以参照上述实施例的第一反射图案31和第二反射图案32，为避免累赘，此处便不展开描述。
[0034]
在一个实施例中，如图2所示，编码码盘3在圆周内可以包括有2n个的第一反射图案31和第二反射图案32，n大于等于1；第一反射图案31和第二反射图案32分别代表不同的编码元，具体地，可以令第一反射图案31代表编码元“1”，可以令第二反射图案32代表编码元“0”，对应不同的编码元按照m序列伪随机码方式排列，所有图案都位于直径为d的圆环上。
[0035]
在一个实施例中，编码码尺102可以包括有s个编码区域（图中未示出），其中，s的二进制位数设为s个bit，图像处理器2采集直线编码码尺10的图案中，至少包括有s个编码区域的图像信息；特别说明的是，上述的s为直线编码码尺全量程范围内所有编码区域的总和数，s为图像处理器视野内需要采集的编码区域数。
[0036]
编码码尺102在直线内包括有s个的第三反射图案和第四反射图案，第三反射图案和第四反射图案分别代表不同的编码元，具体地，可以令第三反射图案代表编码元“1”，可以令第四反射图案代表编码元“0”，对应不同的编码元按照m序列伪随机码方式排列。
[0037]
上述实施例中，通过为编码码盘3配置包括有2n个编码区域或者为编码码尺102配置包括有s个编码区域，可以使得编码码盘3或编码码尺102中能够呈现多种编码区域，且将对应不同的编码元配置为按照m序列伪随机码方式排列，还可以使得编码元具有较高的随机性，避免受到编码元种类单一等影响，从而进一步提高该位移测量装置的准确性。
[0038]
在一个实施例中，针对旋转编码码盘，如图1所示，点光源1与图像处理器2设于旋转编码码盘的反射图案的同一侧，图像处理器2的像素排列方向与旋转编码码盘上的直径方向垂直，图像处理器2采集旋转编码码盘的图案中，至少包括有n个编码区域的图像信息，
n大于等于1，图像处理器2距离旋转编码码盘，和点光源1距离旋转编码码盘，它们这两者的距离不同，也即下面所述的h1不等于h2；参见图3a，本发明提供的点光源1反射成像的测量光路示意图，点光源1与图像处理器2的中心点，垂直映射到旋转编码码盘上的位置都位于任意一个穿过旋转编码码盘圆心的一条直线上，在对应一条直线方向上，点光源1与图像处理器2之间的距离设为d；设点光源1与旋转编码码盘之间的垂直距离为h1、图像处理器2与旋转编码码盘之间的垂直距离为h2；在旋转编码码盘的径向方向上，当点光源1发出的光线照射到旋转编码码盘的图案上并反射回图像处理器2时，点光源1与照射到旋转编码码盘上的点，在径向方向的距离为d1，图像处理器2中点与照射到旋转编码码盘上的点之间的距离为d2，分别通过以下公式计算如下：；；实际应用场景中，发明人还发现，为了减小点光源发出球面波产生的光照强度畸变，保证球面波照射畸变能够达到被修正的范围，提高测量精度，点光源1与图像处理器2之间的距离d≥4mm，优选地，d可以=6mm，点光源1与旋转编码码盘之间的垂直距离h1≥4mm，图像处理器2与旋转编码码盘之间的垂直距离h2≤1mm。
[0039]
在一个实施例中，针对直线编码码尺实施的方案中，点光源与图像处理器设于直线编码码尺的反射图案的同一侧，图像处理器的像素排列方向与直线编码码尺的编码方向垂直，图像处理器采集直线编码码尺的图案中，至少包括有s个编码区域的图像信息；参见图3b，本发明提供的点光源1反射成像的测量光路示意图，设点光源与图像处理器的中心点，垂直映射到直线编码码尺平面上的距离为d；设点光源与直线编码码尺之间的垂直距离为h3、图像处理器与直线编码码尺之间的垂直距离为h4；在直线编码码尺的编码方向上，当点光源1发出的光线照射到直线编码码尺的图案上并反射回图像处理器2时，点光源1与照射到直线编码码尺上的点，在垂直于编码方向的距离为d3，图像处理器2中点与照射到直线编码码尺上的点之间的距离为d4，分别通过以下公式计算如下：；；实际应用场景中，发明人还发现，为了减小点光源发出球面波产生的光照强度畸变，保证球面波照射畸变能够达到被修正的范围，提高测量精度，点光源1与图像处理器2的中心点，垂直映射到直线编码码尺平面上的距离d≥4mm，优选地，d可以=6mm，点光源1与直线编码码尺平面之间的垂直距离h3≥4mm，图像处理器2与直线编码码尺之间的垂直距离h4≤1mm。
[0040]
基于上述实施例中所提到的，像素采集模块5用于实现对图像处理器2的像素采集，并通过光照补偿模块6对点光源1发出的球面光波照射畸变进行补偿，具体地，光照补偿
通过可以以下方式进行计算：设点光源1发出的球面光波通过旋转编码码盘反射到图像处理器2中心点的传播距离为r，传播距离r的数值通过以下公式计算得出：；设图像处理器2的像素间距为δx，图像处理器2共有像素数量为p个，光照补偿模块6按照以下公式计算补偿数组c(i)：；其中，i表示由左至右的第i个像素位置，i=1，2，
…
，p；设像素采集模块5采集到的像素灰度值数组为p(i)，通过补偿后得到的像素灰度值数组通过以下公式计算得出：补偿后的像素灰度值数组pb(i)= p(i)
˙
c(i)。
[0041]
针对直线编码码尺，光照补偿模块用于对像素灰度值进行光照畸变补偿，具体通过以下公式进行实现：设点光源发出的球面光波通过直线编码码尺反射到图像处理器中心点的传播距离为r，传播距离r的数值通过以下公式计算得出：；设图像处理器的像素间距为δx，图像处理器共有像素数量为p个，光照补偿模块按照以下公式计算补偿数组c(i)：；其中，i表示由左至右的第i个像素位置，i=1，2，
…
，p；设像素采集模块采集到的像素灰度值数组为p(i)，通过补偿后得到的像素灰度值数组通过以下公式计算得出：补偿后的像素灰度值数组pb(i)= p(i)
˙
c(i)。
[0042]
上述实施例中，基于考量到点光源1发出的球面光波存在照射畸变的问题，进一步公开通过光照补偿模块6对点光源1发出的球面光波照射畸变进行补偿及披露了灰度值补偿的具体获取方式。
[0043]
基于上述实施例中披露补偿后得到的灰度值的获取方式，进一步地，在一个实施例中，编码识别模块7还用于：根据补偿后的灰度值数组pb(i)获取所有图像的跳变边沿位置；及对采集补偿的像素灰度值数组pb(i)进行二值化运算，得到二值化结果数组y(i)，其中，i表示由线阵图像左侧开始第i个像素位置；并根据二值化结果，将二值化结果数组y(i)中对应所有图像的跳变边沿位置存入数组e(j)中，其中，e(j)表示由图像左侧开始第j个边沿的位置。
[0044]
在一个实施例中，编码识别模块7还用于：将根据所有变化边沿所在位置e(j)，判断出明至暗边界313和暗至明边界323的位置f(k)，其中，k表示第k个边界位置；旋转编码码盘包括2n个编码区间，编码区间在旋转编码码盘的圆周上的间距为l=
πd/2n，所述d代表所述旋转编码码盘的直径；或者，针对直线编码码尺方案，编码区间在直线编码码尺的测量范围内的间距为l=p/s，p代表直线编码码尺的量程范围；当图像处理器2的像素间距为δx时，距离l对应的像素个数δl为：δl=l/δx；以及用于根据相邻边沿位置数组e(j)和e(j+1)之间的差值来判断是否是明至暗边界313，以及暗至明边界323，并剔除编码区域边界33，同时将明至暗边界313和暗至明边界323的像素级位置统一存储到位置f(k)中，通过以下方法实现，如图4所示：初始步骤s0：令j=0，k=0，开始执行步骤一s1：步骤一s1：若δl/2《e(j+1)
‑ꢀ
e(j]《3δl/2，则令f[k]=j，j=j+1，并且继续执行步骤四s4，否则执行步骤二s2；步骤二s2：若δl/2《e(j+2)
‑ꢀ
e(j)《3δl/2，则令f[k]=j，j=j+2，并且继续执行步骤四s4，否则执行步骤三s3；步骤三s3：若步骤一s1和步骤二s2都不成立，则令j=1，k=0，并重新执行s1步骤一s1；步骤四s4：令k=k+1，并重新执行步骤一s1，直到所有的边沿位置e(j)被判断完毕，并获得了所有的明至暗边界313和暗至明边界323的像素位置f(k)。
[0045]
上述实施例中，进一步披露了如何判断明至暗边界313和暗至明边界323，并具体公开如何将编码区域边界33进行剔除，以提高后续结果检测的精度。
[0046]
在一个实施例中，编码识别模块7用于根据所有有效边沿位置f(k)得到当前位置的译码数值。
[0047]
具体地，针对旋转编码码盘方案，编码识别模块7以像素中点位置p/2为起点，分别向左右两侧识别相邻的n/2个编码区域，其中，n为奇数时，将在图像中点的左侧识别(n-1)/2个编码区域，在图像中点的右侧识别(n+1)/2个编码区域，如此共得到n个编码区域和相对应的有效边沿位置f(1)~f(n)；编码识别模块7还用于判断n个有效边沿位置f(1)~f(n)处是明至暗边界313还是暗至明边界323，若是明至暗边界313，则代表编码元“0”，若是暗至明边界323，则代表编码元“1”，将f(1)~f(n)处的n个编码元（数值0或数值1）合并组成n个bit的二进制数据，并以n个bit的二进制数据查询预设的译码表，以得到译码值a。
[0048]
在一个实施例中，针对直线编码码尺方案，编码识别模块7以像素中点位置p/2为起点，分别向左右两侧识别相邻的s/2个编码区域，其中，当s为奇数时，将在图像中点的左侧识别(s-1)/2个编码区域，在图像中点的右侧识别(s+1)/2个编码区域，共得到s个编码区域和相对应的有效边沿位置f(1)~f(s)；及用于判断s个有效边沿位置f(1)~f(s)处是明至暗边界还是暗至明边界，若是明至暗边界，则代表编码元“0”，若是暗至明边界，则代表编码元“1”；并将f(1)~f(s)处的s个编码元合并组成s个bit的二进制数据，并以s个bit的二进制数据查询预设的译码表，得到译码值a。
[0049]
在一个实施例中，上述实施例提到的位移细分模块8用于在旋转编码码盘上的编码区间进行位移细分运算，得到位移细分值，针对旋转编码码盘方案，具体通过以下方式实
现：位移细分模块8用于根据像素级边沿位置，计算出亚像素级的位移细分数值，取图像中点左侧相邻的位置f(n/2)以及图像中点右侧相邻的位置f(1+n/2)作为细分基准，当n为奇数时，将取位置f[(n-1)/2]和f[(n+1)/2]，以及位置f(n/2)和f(1+n/2)为像素级定位位置；并采用拟合的方式确定亚像素级的定位位置，对于图像中点左侧的位置f(n/2)，设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(n/2)-1，f(n/2)，f(n/2)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x2)，pb(x3) }，拟合函数为y=c1
˙
x+c2；采用最小二乘法将x={x1，x2，x3}和y={y1，y2，y3}带入，确定系数c1和c2，得到位置f(n/2)对应的亚像素位置为：；对于图像中点右侧的位置f(n/2+1)，将设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(n/2+1)-1，f(n/2+1)，f(n/2+1)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x)，pb(x3) }，并确定拟合函数y=c3
˙
x+c4中的系数c3和c4，得到位置f(n/2+1)对应的亚像素位置为；；最终，位移细分模块8按照以下公式计算得到位移细分数值b；；其中，2m表示细分倍数，且2m≥2
15
。
[0050]
在一个实施例中，针对直线编码码尺方案，位移细分模块还用于：根据像素级边沿位置，计算出亚像素级的位移细分数值，取图像中点左侧相邻的位置f(s/2)以及图像中点右侧相邻的位置f(1+s/2)作为细分基准，当s为奇数时，将取位置f[(s-1)/2]和f[(s+1)/2]，以及位置f(s/2)和f(1+s/2)为像素级定位位置；并采用拟合的方式确定亚像素级的定位位置，对于图像中点左侧的位置f(s/2)，设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(s/2)-1，f(s/2)，f(s/2)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x2)，pb(x3) }，拟合函数为y=c1
˙
x+c2；及采用最小二乘法将x={x1，x2，x3}和y={y1，y2，y3}带入，确定系数c1和c2，得到位置f(s/2)对应的亚像素位置为：；对于图像中点右侧的位置f(s/2+1)，将设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(s/2+1)-1，f(s/2+1)，f(s/2+1)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x)，pb(x3) }，并确定拟合函数y=c3
˙
x+c4中的系数c3和c4，得到位置f(s/2+1)对应的亚像素位置为；；位移细分模块按照以下公式计算得到位移细分数值b；
；其中，2m表示细分倍数，且2m≥2
15
。
[0051]
下面将结合具体实施例进行说明，具体地，图5为本发明申请一个实施例提供的位移细分的原理图。以像素位置为x轴，以像素灰度值为y轴建立坐标系，以中间像素点i=p/2像素位置处为零点建立坐标系。取图像中点左侧相邻的位置f(5)以及右侧相邻的位置f(6)作为细分基准。
[0052]
对于图像中点左侧的位置f(5)，设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(5)-1，f(5)+1，f(5)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x2)，pb(x3) }，拟合函数为y=c1
˙
x+c2。采用最小二乘法将x={x1，x2，x3}和y={y1，y2，y3}带入，确定系数c1和c2。将f(5)位置处的像素灰度值pb[f(5)]带入拟合函数，得到位置f(5)对应的亚像素位置为：；同理，对应右侧的位置f(6)，将设拟合集合分别为{x4，x5，x6}={f(6)-1，f(6)，f(6)+1}，{y4，y5，y6}={ pb(x4)，pb(x5)，pb(x6) }，并确定拟合函数y=c3
˙
x+c4中的系数c3和c4。将f(6)位置处的像素灰度值pb[f(6)]带入拟合函数，得到位置f(6)对应的亚像素位置为：；最终，位移细分模块8将按照下式计算得到位移细分数值b。
[0053]
；基于上述实施例中得到的译码数值a以及位移细分数值b，在一个实施例中，输出模块9按照以下公式确认位移测量数据data；；其中，data代表最终的位移测量数据，a代表译码数值，b代表位移细分数值。
[0054]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0055]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种采用点光源反射成像的位移测量装置，其特征在于，包括点光源、编码机构，及依次相互连接的图像处理器、像素采集模块、光照补偿模块、编码识别模块、位移细分模块及输出模块，所述编码机构包括旋转编码码盘或直线编码码尺，其中：所述点光源用于将发出的球面波照射所述旋转编码码盘或所述直线编码码尺，以使照射至所述旋转编码码盘上的图案或所述直线编码码尺上的图案反射至所述图像处理器，所述图像处理器用于将采集的图像像素数据发送至所述像素采集模块，所述图像像素数据包括像素灰度值；所述像素采集模块用于将接收的所述像素灰度值发送至所述光照补偿模块；所述光照补偿模块用于对所述像素灰度值进行光照畸变补偿；所述编码识别模块用于根据经所述光照畸变补偿的像素灰度值得到当前位置所述旋转编码码盘上的图案或所述直线编码码尺上的图案对应的译码值；所述位移细分模块用于在所述旋转编码码盘上的编码区间或在所述直线编码码尺上的编码区间进行位移细分运算，得到位移细分值；所述输出模块用于将对应的所述译码值和所述位移细分值进行整合并输出。2.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述旋转编码码盘包括旋转主轴和设置于所述旋转主轴上的编码码盘，其中：所述编码码盘为刻画有单码道编码的圆形盘，所述编码码盘在圆周内包含有2
n
个编码区域，n大于等于1，每一个编码区域均包括依次排列紧密填充的第一反射图案和第二反射图案，所述每一个编码区域位于所述编码码盘的同一直径上；相互相邻的两个第一反射图案或相互相邻的两个第二反射图案之间的边界图案变化边沿还包括编码区域边界；所述第一反射图案包括各占比一半面积的左侧反光区、右侧不反光区，且对应所述反光区和所述不反光区之间的区边界为明至暗边界；所述第二反射图案包括各占比一半面积的左侧不反光区、右侧反光区，且对应所述不反光区和所述反光区之间的区边界为暗至明边界。3.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，所述直线编码码尺包括构造成直线的承载主体和设置于所述承载主体上的编码码尺，其中：所述编码码尺包括多个面积相同的编码区域，每一个编码区域包括依次排列紧密填充的第三反射图案和第四反射图案；所述第三反射图案包括各占比一半面积的左侧反光区、右侧不反光区，且对应所述反光区和所述不反光区之间的区边界为明至暗边界；所述第四反射图案包括各占比一半面积的左侧不反光区、右侧反光区，且对应所述不反光区和所述反光区之间的区边界为暗至明边界。4.根据权利要求2所述的位移测量装置，其特征在于，所述编码码盘在所述圆周内包括有所述2
n
个的所述第一反射图案和所述第二反射图案；所述第一反射图案和所述第二反射图案分别代表不同的编码元，对应不同的编码元按照m序列伪随机码方式排列。5.根据权利要求3所述的位移测量装置，其特征在于，所述编码码尺包括s个编码区域，其中，所述s的二进制位数设为s个bit，所述图像处理器采集所述编码码尺的图案中，至少包括有所述s个编码区域的图像信息；
所述编码码尺在直线内包括有所述s个的所述第三反射图案和所述第四反射图案，所述第三反射图案和所述第四反射图案分别代表不同的编码元，对应不同的编码元按照m序列伪随机码方式排列。6.根据权利要求2所述的位移测量装置，其特征在于，所述点光源与所述图像处理器设于所述旋转编码码盘的反射图案的同一侧，所述图像处理器的像素排列方向与所述旋转编码码盘上的直径方向垂直，所述图像处理器采集所述旋转编码码盘的图案中，至少包括有所述n个编码区域的图像信息；所述点光源与所述图像处理器的中心点，垂直映射到所述旋转编码码盘上的位置都位于任意一个穿过所述旋转编码码盘圆心的一条直线上，在对应一条所述直线方向上，所述点光源与所述图像处理器之间的距离设为d；设所述点光源与所述旋转编码码盘之间的垂直距离为h1、所述图像处理器与所述旋转编码码盘之间的垂直距离为h2；在所述旋转编码码盘的径向方向上，当所述点光源发出的光线照射到所述旋转编码码盘的图案上并反射回所述图像处理器时，所述点光源与照射到所述旋转编码码盘上的点，在径向方向的距离为d1，所述图像处理器中点与照射到所述旋转编码码盘上的点之间的距离为d2，分别通过以下公式计算如下：；；所述点光源与所述图像处理器之间的距离d≥4mm，所述点光源与所述旋转编码码盘之间的垂直距离h1≥4mm，所述图像处理器与所述旋转编码码盘之间的垂直距离h2≤1mm。7.根据权利要求3所述的位移测量装置，其特征在于，所述点光源与所述图像处理器设于所述直线编码码尺的反射图案的同一侧，所述图像处理器的像素排列方向与所述直线编码码尺的编码方向垂直，所述图像处理器采集所述直线编码码尺的图案中，至少包括有所述s个编码区域的图像信息；设所述点光源与所述图像处理器的中心点，垂直映射到所述直线编码码尺平面上的距离为d；设所述点光源与所述直线编码码尺之间的垂直距离为h3、所述图像处理器与所述直线编码码尺之间的垂直距离为h4；在所述直线编码码尺的编码方向上，当所述点光源发出的光线照射到所述直线编码码尺的图案上并反射回所述图像处理器时，所述点光源与照射到所述直线编码码尺上的点，在垂直于所述编码方向的距离为d3，所述图像处理器中点与照射到所述直线编码码尺上的点之间的距离为d4，分别通过以下公式计算如下：；；所述点光源与所述图像处理器的中心点，垂直映射到所述直线编码码尺平面上的距离d≥4mm，所述点光源与所述直线编码码尺平面之间的垂直距离h3≥4mm，所述图像处理器与所述直线编码码尺之间的垂直距离h4≤1mm。
8.根据权利要求6所述的位移测量装置，其特征在于，所述光照补偿模块用于对所述像素灰度值进行光照畸变补偿，具体通过以下公式进行实现：设所述点光源发出的球面光波通过所述旋转编码码盘反射到所述图像处理器中心点的传播距离为r，所述传播距离r的数值通过以下公式计算得出：；设所述图像处理器的像素间距为δx，所述图像处理器共有像素数量为p个，所述光照补偿模块按照以下公式计算补偿数组c(i)：；其中，所述i表示由左至右的第i个像素位置，i=1，2，
…
，p；设所述像素采集模块采集到的像素灰度值数组为p(i)，通过补偿后得到的像素灰度值数组通过以下公式计算得出：补偿后的像素灰度值数组pb(i)= p(i)
˙
c(i)。9.根据权利要求7所述的位移测量装置，其特征在于，所述光照补偿模块用于对所述像素灰度值进行光照畸变补偿，具体通过以下公式进行实现：设所述点光源发出的球面光波通过所述直线编码码尺反射到所述图像处理器中心点的传播距离为r，所述传播距离r的数值通过以下公式计算得出：；设所述图像处理器的像素间距为δx，所述图像处理器共有像素数量为p个，所述光照补偿模块按照以下公式计算补偿数组c(i)：；其中，所述i表示由左至右的第i个像素位置，i=1，2，
…
，p；设所述像素采集模块采集到的像素灰度值数组为p(i)，通过补偿后得到的像素灰度值数组通过以下公式计算得出：补偿后的像素灰度值数组pb(i)= p(i)
˙
c(i)。10.根据权利要求8或9所述的位移测量装置，其特征在于，所述编码识别模块还用于：根据所述补偿后的像素灰度值数组pb(i)获取所有图像的跳变边沿位置；及对采集补偿的所述像素灰度值数组pb(i)进行二值化运算，得到二值化结果数组y(i)，其中，所述i表示由所述图像左侧开始第i个像素位置；并根据所述二值化结果数组y(i)，将所述二值化结果数组y(i)中对应所有图像的跳变边沿位置存入至数组e(j)中，其中，所述e(j)表示由图像左侧开始第j个边沿的位置。11.根据权利要求10所述的位移测量装置，其特征在于，所述编码识别模块还用于：将根据所有变化边沿所在位置e(j)，判断出所述明至暗边界和所述暗至明边界的位置f(k)，其中，所述k表示第k个边界位置；所述编码区间在所述旋转编码码盘的圆周上的间距为l=πd/2
n
，所述d代表所述旋转编码码盘的直径；或者，所述编码区间在所述直线编码码尺的测量范围内的间距为l=p/s，所述p代表所述直线
编码码尺的量程范围；当所述图像处理器的像素间距为δx时，所述距离l对应的像素个数δl为：δl=l/δx；及根据相邻边沿位置数组e(j)和e(j+1)之间的差值来判断是否是所述明至暗边界，以及所述暗至明边界，并剔除所述编码区域边界，同时将所述明至暗边界和所述暗至明边界的像素级边沿位置统一存储到所述位置f(k)中。12.根据权利要求11所述的位移测量装置，其特征在于，所述编码识别模块还用于：以像素中点位置p/2为起点，分别向左右两侧识别相邻的n/2个编码区域，其中，当n为奇数时，将在图像中点的左侧识别(n-1)/2个编码区域，在所述图像中点的右侧识别(n+1)/2个编码区域，共得到n个编码区域和相对应的有效边沿位置f(1)~f(n)；及用于判断所述n个有效边沿位置f(1)~f(n)处是所述明至暗边界还是所述暗至明边界，若是所述明至暗边界，则代表编码元“0”，若是所述暗至明边界，则代表编码元“1”；并将所述f(1)~f(n)处的n个编码元合并组成n个bit的二进制数据，并以所述n个bit的二进制数据查询预设的译码表，得到所述译码值a。13.根据权利要求12所述的位移测量装置，其特征在于，所述编码识别模块还用于：以像素中点位置p/2为起点，分别向左右两侧识别相邻的s/2个编码区域，其中，当s为奇数时，将在图像中点的左侧识别(s-1)/2个编码区域，在所述图像中点的右侧识别(s+1)/2个编码区域，共得到s个编码区域和相对应的有效边沿位置f(1)~f(s)；及用于判断所述s个有效边沿位置f(1)~f(s)处是所述明至暗边界还是所述暗至明边界，若是所述明至暗边界，则代表编码元“0”，若是所述暗至明边界，则代表编码元“1”；并将所述f(1)~f(s)处的s个编码元合并组成s个bit的二进制数据，并以所述s个bit的二进制数据查询预设的译码表，得到所述译码值a。14.根据权利要求13所述的位移测量装置，其特征在于，所述位移细分模块还用于：根据所述像素级边沿位置，计算出亚像素级的位移细分数值，取图像中点左侧相邻的位置f(n/2)以及所述图像中点右侧相邻的位置f(1+n/2)作为细分基准，当n为奇数时，将取位置f[(n-1)/2]和f[(n+1)/2]，以及位置f(n/2)和f(1+n/2)作为像素级定位位置；并采用拟合的方式确定所述亚像素级的定位位置，对于图像中点左侧的位置f(n/2)，设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(n/2)-1，f(n/2)，f(n/2)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x2)，pb(x3) }，拟合函数为y=c1
˙
x+c2；及采用最小二乘法将x={x1，x2，x3}和y={y1，y2，y3}带入，确定系数c1和c2，得到位置f(n/2)对应的亚像素位置为：；对于所述图像中点右侧的位置f(n/2+1)，将设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(n/2+1)-1，f(n/2+1)，f(n/2+1)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x)，pb(x3) }，并确定拟合函数y=c3
˙
x+c4中的系数c3和c4，得到位置f(n/2+1)对应的亚像素位置为；；所述位移细分模块按照以下公式计算得到所述位移细分数值b；
；其中，所述2
m
表示细分倍数，且所述2
m
≥2
15
。15.根据权利要求13所述的位移测量装置，其特征在于，所述位移细分模块还用于：根据所述像素级边沿位置，计算出亚像素级的位移细分数值，取图像中点左侧相邻的位置f(s/2)以及所述图像中点右侧相邻的位置f(1+s/2)作为细分基准，当s为奇数时，将取位置f[(s-1)/2]和f[(s+1)/2]，以及位置f(s/2)和f(1+s/2)为像素级定位位置；并采用拟合的方式确定所述亚像素级的定位位置，对于图像中点左侧的位置f(s/2)，设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(s/2)-1，f(s/2)，f(s/2)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x2)，pb(x3) }，拟合函数为y=c1
˙
x+c2；及采用最小二乘法将x={x1，x2，x3}和y={y1，y2，y3}带入，确定系数c1和c2，得到位置f(s/2)对应的亚像素位置为：；对于所述图像中点右侧的位置f(s/2+1)，将设拟合集合分别为{x1，x2，x3}={f(s/2+1)-1，f(s/2+1)，f(s/2+1)+1}，{y1，y2，y3}={ pb(x1)，pb(x)，pb(x3) }，并确定拟合函数y=c3
˙
x+c4中的系数c3和c4，得到位置f(s/2+1)对应的亚像素位置为；；所述位移细分模块按照以下公式计算得到所述位移细分数值b；；其中，所述2
m
表示细分倍数，且所述2
m
≥2
15
。16.根据权利要求1-9任一项或权利要求11-15任一项所述的位移测量装置，其特征在于，所述输出模块按照以下公式确认所述位移测量数据data：；其中，所述a代表所述译码数值，所述b代表所述位移细分数值。

技术总结
本发明涉及光电位移测量技术领域，公开一种采用点光源反射成像的位移测量装置，包括点光源、编码机构，及相互连接的图像处理器、像素采集模块、光照补偿模块、编码识别模块、位移细分模块及输出模块；点光源用于发出球面波照射编码机构，以使照射至编码机构上的图案反射至图像处理器，图像处理器将采集的图像像素数据发送至像素采集模块；像素采集模块将像素灰度值发送至光照补偿模块，光照补偿模块对像素灰度值进行光照畸变补偿；编码识别模块根据经补偿的像素灰度值得到当前位置旋转编码码盘上图案对应的译码值；位移细分模块在旋转编码码盘上的编码区间进行位移细分运算，得到位移细分值；输出模块将对应的译码值和位移细分值进行整合并输出。行整合并输出。行整合并输出。


技术研发人员：于海 万秋华 赵长海
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/8/9