专利名称：以对比度为特征帧匹配测量二维位移的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发 明属于数字图像测量技术领域，特别是采用计算机摄像头测量物体的二维 微小位移的方法及其装置。
背景技术：
计算机摄像头已经普及，其核心是光电传感单元阵列，为测量物体的运动奠定 了物质基础。“使用计算机摄像头测量微小二维位移的方法及装置”(发明专利申请号 2009101042778)分析了国内有关“摄像”与“测量”的若干专利，参考了国外关于扫描 仪和光学鼠标探测位移的一些专利，提出了一种使用计算机摄像头采用关联匹配技术测 量物体微小位移的方法及装置。不过，该申请针对的只是图像帧光强，适合于照明情况 以及物体反射面的光学图像相对稳定的情形。
发明内容
为了充分发挥计算机摄像头的光电传感器阵列的功能，本发明提供一种以对比 度为特征帧匹配测量二维位移的方法及装置，它以计算机摄像头为光电转换传感器，能 够在照明状况发生一定的变化的环境中，测量物体在与摄像头的光轴相垂直的平面上的 微小的二维位移矢量和速度矢量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是被测量的物体被计算机摄像头聚 焦成像，该摄像头通过USB接口连接到一台普通的计算机，该计算机配置有USB接口、 内存、CPU、硬盘、显示卡与显示器、键盘和鼠标、操作系统、摄像头驱动程序以及摄 像头拍摄及边方向数据帧匹配测量位移程序；该程序体现了本发明以对比度为特征实施 帧匹配测量物体微小二维位移的方法，包括步骤一、以位图(MXN，M，Ne正整数)的格式，拍摄一帧被测物体的图像， 作为参考帧；以所述像素阵列其左上角的第一个像素的位置为原点，横向向右方向为X轴方 向，垂直向下的方向为y轴方向；在所述像素阵列的中央区域选取一个区域，大小为In0Xiv m0, nQe正整数， 称之为比较窗，所述比较窗分别距离所述像素阵列的水平方向和垂直方向的边缘像素各h 和ν个像素，即有mQ+2h = Μ, η0+2ν = N，h，ν e正整数；步骤二、对于上述参考帧之像素阵列，逐行导出沿X轴方向的边方向数据如果一个像素的光强值比其后面的第二个像素的光强值还要小一个误差容限值 error,即如果Ι(Χ，Y) < I(X+2, Y)-error则定义这两个像素之间存在一个正边；如果一个像素的光强值比其后面的第二个像素的光强值还要大一个误差容限值 error,即如果Ι(Χ，Y) > I(X+2, Y)+error则定义这两个像素之间存在一个负边；如果一个像素的光强值与其后面的第二个像素相应的光强值接近，其差不超过 一个误差容限值 error，即如果 I (X+2，Y) -error < I (X，Y) < I (X+2，Y) +error 则认为这两个像素之间不存在“边”，或称之为第三类边；上式中的误差容限值可以根据具体的光照情况，预置为一个小的数值，例如 error = 10 ；如此获得的边位于该像素之后的第一个像素的位置，也即位于参与比较的 两个像素的中间位置的那个像素(χ，y)上；沿着X轴方向，所有的正边、负边以及第 三类边组成该方向的边方向数据，分别以3bit的二进制数值001，010和100表示，记为 reference (χ, y)，保存之；步骤三、计算所述参考帧里比较窗的像素阵列的自关联匹配系数
权利要求
1.以对比度为特征帧匹配测量二维位移的方法及装置，由一个计算机摄像头与一台 普通的计算机组成，所述摄像头通过其USB接口连接到所述计算机，该计算机配置有 USB接口、内存、CPU、硬盘、显示卡与显示器、键盘和鼠标、操作系统以及摄像头驱 动程序，其特征在于，所述计算机系统还配置有摄像头拍摄及边方向数据帧匹配测量位 移程序。
2.根据权利要求1所述的以对比度为特征帧匹配测量二维位移的方法及装置，其特征 在于，所述摄像头拍摄及边方向数据帧匹配测量位移程序提供了一种使用计算机摄像头 实施以对比度为特征帧匹配测量二维位移的方法，包括步骤一、以位图(MXN，M，NE正整数)的格式，拍摄一帧被测物体的图像，作 为参考帧；以所述像素阵列其左上角的第一个像素的位置为原点，横向向右方向为x轴方向， 垂直向下的方向为y轴方向；在所述像素阵列的中央区域选取一个区域，大小为moXn。，m0, nQe正整数，称之 为比较窗，所述比较窗分别距离所述像素阵列的水平方向和垂直方向的边缘像素各h和v 个像素，即有mQ+2h = M，n0+2v = N, h，v G正整数；步骤二、对于上述参考帧之像素阵列，逐行导出沿X轴方向的边方向数据 如果一个像素的光强值比其后面的第二个像素的光强值还要小一个误差容限值 error,即如果I(X，Y) < I(X+2, Y)-error则定义这两个像素之间存在一个正边；如果一个像素的光强值比其后面的第二个像素的光强值还要大一个误差容限值 error,即如果I(X，Y) > I(X+2, Y) +error则定义这两个像素之间存在一个负边；如果一个像素的光强值与其后面的第二个像素相应的光强值接近，其差不超过一个 误差容限值 error，即如果 I(X+2，Y)-error < I (X，Y) < I(X+2, Y) +error 则认为这两个像素之间不存在“边”，或称之为第三类边；上式中的误差容限值可以根据具体的光照情况，预置为一个小的数值，例如error =10；如此获得的边位于该像素之后的第一个像素的位置，也即位于参与比较的两个 像素的中间位置的那个像素(x，y)上；沿着X轴方向，所有的正边、负边以及第三 类边组成该方向的边方向数据，分别以3bit的二进制数值001，010和100表示，记为 reference (x, y),保存之；步骤三、计算所述参考帧里比较窗的像素阵列的自关联匹配系数
全文摘要
以对比度为特征帧匹配测量二维位移的方法及装置，由一个计算机摄像头与一台普通的计算机组成；先在参考帧内提取一个轴向的边方向数据，作为被测物体反射图像的对比度特征，通过计算该边方向数据的自关联系数，查看被测物反射面的质地细节，选取合适的比较窗像素阵列；然后与取样帧进行边方向数据的交叉关联匹配计算，以交叉关联系数最大者作为最佳匹配者，获得二维位移以及速度；据此结果，调整比较窗的位置或更新参考帧，并调整交叉关联算子阵列的规模，保证了测量精度，减少了计算量，在一定程度上克服了环境光照变化对测量的影响。
文档编号G01B11/02GK102022983SQ20091019092
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者曾艺, 朱超平 申请人:重庆工商大学