绝对位置测量方法、绝对位置测量装置和颜色标尺与流程

本发明涉及通过读取由二进制代码的符号化获得的颜色标尺图案计算大概位置并使用颜色标尺图案的相位计算精确的绝对位置的方法。

背景技术：

允许读头(readinghead)使用绝对位置标尺(scale)来确定绝对位置的绝对位置编码器是已知的。这种绝对编码器包括具有单个码道的标尺，码道具有沿着标尺的测量维度连续地产生的唯一位置数据。然而，这种绝对位置编码器由于唯一数据的分辨率限制而难于提供精确位置。

另外，增量位置编码器是用于测量两个物体的相对位置的设备。由此，增量位置编码器可以识别以均匀的间隔布置的相同图案，以提供它们的精确的相对位置。然而，增量位置编码器不能提供绝对位置。

因此，存在同时提供绝对位置和精确位置的编码器的需要。

技术实现要素：

本发明的示例性实施例提供了一种能够获得绝对位置的绝对位置编码器。

根据本发明的一个方面，绝对位置颜色标尺布置成使用第一符号和第二符号表示二进制代码，第一符号具有第一宽度并且表示第一状态(“高”)，第二符号具有第一宽度并且表示第二状态(“低”)。第一符号和第二符号均划分成具有相同结构的两个以上的分段，并且第一符号和第二符号具有相同的形状，但第一符号具有不同于第二符号的颜色图案的颜色图案。

在示例性实施例中，第一符号可包括具有第一颜色的第二分段，第一符号可包括具有第二颜色的第一分段，第二符号可包括具有第二颜色的第一分段，并且第二符号可包括具有黑色的第二分段。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括两个分段。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括两个分段，第一符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色的第一分段，第一符号可包括具有黑色的第二分段，第二符号可包括具有第二颜色的第一分段，并且第二符号可包括具有第一颜色的第二分段。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括四个分段，第一符号可包括均具有第一颜色的第一分段和第二分段，第一符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色的第三分段，第一符号可包括具有第二颜色的第四分段，第二符号可包括均具有黑色的第一分段和第二分段，并且第二符号可包括均具有第二颜色的第三分段和第四分段。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括四个分段，第一符号可包括具有第一颜色的第一分段，第一符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色的第二分段，第一符号可包括具有第二颜色的第三分段，第一符号可包括具有黑色的第四分段，第二符号可包括均具有黑色的第一分段，第二符号可包括具有第二颜色的第二分段，第二符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色的第三分段，并且第二符号可包括具有第一颜色的第四分段。

根据本发明的另一方面，绝对位置颜色标尺布置成使用第一符号和第二符号表示二进制代码，第一符号具有第一宽度并且表示第一状态(“高”)，第二符号具有第一宽度并且表示第二状态(“低”)。第一符号和第二符号均划分成具有相同结构的两个以上的分段。第一符号通过具有相同结构的第一绝对位置符号和增量位置符号的颜色复合形成。第二符号通过具有相同结构的第二绝对位置符号和增量位置符号的颜色复合形成。第一绝对位置符号和第二绝对位置符号使用黑色和第一颜色表示第一状态(“高”)或第二状态(“低”)，并且增量位置符号包括黑色和第二颜色。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括两个分段，第一绝对位置符号可包括具有黑色的第一分段，第一绝对位置符号可包括具有第一颜色的第二分段，第二绝对位置符号可包括具有黑色的第一分段，第二绝对位置符号可包括具有黑色的第二分段，增量位置符号可包括具有第二颜色的第一分段，并且增量位置符号可包括具有黑色的第二分段。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括两个分段，第一绝对位置符号可包括具有第一颜色的第一分段，第一绝对位置符号可包括具有黑色的第二分段，第二绝对位置符号可包括具有黑色的第一分段，第二绝对位置符号可包括具有第一颜色的第二分段，增量位置符号可包括具有第二颜色的第一分段，并且增量位置符号可包括具有黑色的第二分段。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括四个分段，第一绝对位置符号可包括均具有第一颜色的第一分段到第三分段，第一绝对位置符号可包括具有黑色的第四分段，第二绝对位置符号可包括均具有黑色的第一分段到第四分段，增量位置符号可包括均具有黑色的第一分段和第二分段，并且增量位置符号可包括均具有第二颜色的第三分段和第四分段。

在示例性实施例中，第一符号和第二符号均可包括四个分段，第一绝对位置符号可包括均具有第一颜色的第一分段和第二分段，第一绝对位置符号可包括均具有黑色的第三分段和第四分段，第二绝对位置符号可包括均具有黑色的第一分段和第二分段，第二绝对位置符号可包括均具有第一颜色的第三分段和第四分段，增量位置符号可包括均具有黑色的第一分段和第四分段，并且增量位置符号可包括均具有第二颜色的第二分段和第三分段。

根据本发明的另一方面，二维颜色标尺布置成使用均包括2×2个分段的第一符号到第四符号表示二进制代码。第一符号表示第一方向上的第一状态和第二方向上的第一状态，第二符号表示第一方向上的第二状态和第二方向上的第一状态，第三符号表示第一方向上的第一状态和第二方向上的第二状态，第四符号表示第一方向上的第二状态和第二方向上的第二状态，并且第一符号到第四符号具有第一颜色和第二颜色，并且包括彼此不同的颜色图案。

在示例性实施例中，第一符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第一符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第一符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第二符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第二符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第三符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第三符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第四符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段。

在示例性实施例中，第一符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色、坐标为(1,1)的第一分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第二符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色、坐标为(1,1)的第一分段，第二符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第三符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色、坐标为(1,1)的第一分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第三符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第四符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第四符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第四符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段。

在示例性实施例中，第一颜色是三原色中的一种，并且第二颜色是三原色中的另一种。

根据本发明的另一方面，用于读取颜色标尺位置的方法包括：获取颜色标尺的彩色图像，其中，颜色标尺通过具有第一颜色的绝对位置图案和具有第一颜色的增量位置图案的颜色复合形成；通过颜色来分离彩色图像，以产生包括具有第一颜色的绝对位置图案的第一颜色通道信号和包括具有第二颜色的增量位置图案的第二颜色通道信号；并且，从第一颜色通道信号读取特定位置处的绝对位置码字以确定大概绝对位置。

在示例性实施例中，方法还可包括：使用对应于增量位置图案的第二颜色通道信号，确定特定位置处的相位值和精细相对位置；并且使用大概绝对位置和精细相对位置计算精细绝对位置。

在示例性实施例中，从第一颜色通道信号读取特定位置处的绝对位置代码以确定大概绝对位置的步骤可包括：在特定位置处使用信号电平从第一颜色通道信号读取绝对位置的代码；使用与绝对位置的代码相对应的查找表计算绝对位置值；并且使用绝对位置值计算大概绝对位置。

在示例性实施例中，使用对应于增量位置图案的第二颜色通道信号确定特定位置处的相位值和精细相对位置的步骤可包括：将第二颜色通道信号傅里叶变换为空间频域以计算傅里叶谱；对傅立叶谱进行滤波以提取正性空间频率分量；将正性空间频率分量傅里叶逆变换为位置空间以计算相位；在相位中检测相位不连续位置以执行相位展开；并且计算特定位置处的相位值。

在示例性实施例中，绝对位置图案可以在表示绝对位置的二进制代码中的表示第一状态的位置处着色为第一颜色，并且增量位置图案可以周期性地着色为第二颜色。

在示例性实施例中，增量位置图案可以周期性地着色为第一颜色，并且绝对位置图案可以在表示绝对位置的二进制代码中的根据第一状态和第二状态的不同位置处着色为第二颜色。

根据本发明的另一方面，用于确定二维颜色标尺位置的方法可包括：获得二维颜色标尺图案的彩色图像，其中，二维颜色标尺图像通过具有第一颜色的二维绝对位置图案和具有第二颜色的二维增量位置图案的颜色复合形成；通过颜色来分离彩色图像以产生包括具有第一颜色的二维绝对位置图案的第一颜色通道图像和包括具有第二颜色的二维增量位置图案的第二颜色通道图像；使用对应于二维增量位置图案的第二颜色通道图像确定特定位置处的第一方向上的第一相位值、第二方向上的第二相位值、第一方向上的第一精细相对位置和第二方向上的第二精细相对位置；在特定位置处从第一颜色通道图像在第一方向上读取第一绝对位置码字以确定第一大概绝对位置并在特定位置处从第一颜色通道图像在第二方向上读取第二绝对位置码字以确定第二大概绝对位置；并且使用第一大概绝对位置和第一精细相对位置计算第一精细绝对位置并且使用第二大概绝对位置和第二精细相对位置计算第二精细绝对位置。

在示例性实施例中，在特定位置处从第一颜色通道图像在第一方向上读取第一绝对位置码字以确定第一大概绝对位置并且在特定位置处从第一颜色通道图像在第二方向上读取第二绝对位置码字以确定第二大概位置的步骤可包括：使用信号电平在特定位置处从第一颜色通道图像在第一方向上读取第一绝对位置的码字；使用与第一方向上的第一绝对位置的码字相对应的查找表计算第一绝对位置值；使用第一绝对位置值计算第一大概绝对位置；使用信号电平在特定位置处从第一颜色通道图像在第二方向上读取第二绝对位置的码字；使用与第二方向上的第二绝对位置的码字相对应的查找表计算第二绝对位置值；并且使用第二绝对位置值计算第二大概绝对位置。

在示例性实施例中，使用对应于二维增量位置图案的第二颜色通道图像确定特定位置处的第一方向上的第一相位值、第二方向上的第二相位值、第一方向上的第一精细相对位置和第二方向上的第二精细相对位置的步骤可包括：在第二颜色通道图像中产生第一方向上的第二颜色通道信号；将第一方向上的第二颜色通道信号傅里叶变换为空间频域以计算第一方向上的傅里叶谱；对第一方向上的傅里叶谱进行滤波以提取第一方向上的正性空间频率分量；将第一方向上的正性空间频率分量傅里叶逆变换为位置空间以计算第一相位；在第一相位中检测相位不连续位置以执行相位展开；计算特定位置处的第一相位值；在第二颜色通道图像中产生第二方向上的第二颜色通道信号；将第二方向上的第二颜色通道信号傅里叶变换为空间频域以计算第二方向上的傅里叶谱；对第二方向上的傅里叶谱进行滤波以提取第二方向上的正性空间频率分量；将第二方向上的正性空间频率分量傅里叶逆变换为位置空间以计算第二相位；在第二相位中检测相位不连续位置以执行相位展开；并且计算特定位置处的第二相位值。

在示例性实施例中，二维颜色标尺可以布置成使用均包括2×2个分段的第一符号到第四符号表示二进制代码，第一符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第一符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第一符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第二符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第二符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第三符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第三符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第四符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段。

在示范性实施例中，二维颜色标尺可以布置成使用均包括2×2个分段的第一到第四符号表示二进制代码，第一符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色、坐标为(1,1)的第一分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第一符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第二符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色、坐标为(1,1)的第一分段，第二符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(2,1)的第三分段，第二符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第三符号可包括具有第一颜色和第二颜色的复合色、坐标为(1,1)的第一分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(1,2)的第二分段，第三符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第三符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段，第四符号可包括具有第一颜色、坐标为(1,1)的第一分段，第四符号可包括具有第二颜色、坐标为(1,2)的第二分段，第四符号可包括具有第二颜色、坐标为(2,1)的第三分段，第四符号可包括具有黑色、坐标为(2,2)的第四分段。

根据本发明的另一方面，绝对位置测量装置可包括：颜色标尺，其布置成使用第一符号和第二符号表示二进制代码，第一符号具有第一宽度并且表示第一状态(“高”)，第二符号具有第一宽度并且表示第二状态(“低”)；光源，其用于向颜色标尺照射光；光学系统，其用于对穿过颜色标尺的光或从颜色标尺反射的光进行聚焦；光传感器阵列，其用于感测颜色标尺的图像。第一符号和第二符号均划分成具有相同结构的两个以上的分段，并且第一符号和第二符号具有相同的形状，但第一符号具有不同于第二符号的颜色图案的颜色图案。

在示例性实施例中，光学系统可包括：物镜单元，其用于将光源的输出光照射到颜色标尺；和图像透镜单元，其用于将从颜色标尺反射并然后穿过物镜单元的光聚焦在光传感器阵列上。

在示例性实施例中，绝对位置测量装置还可包括：准直透镜，其用于将光源的光转变为平行光；和分束器，其用于在改变平行光的光学路径之后像物镜单元提供光并用于将被提供到物镜单元的光提供到图像透镜单元。

附图说明

鉴于附图及相关的详细说明，本发明将变得更清楚。这里说明的实施例是作为示例而非作为限制提出的，其中，相同的附图标记指代相同或相似的元件。附图不一定按比例绘制，而是强调说明本发明的各方面。

图1示出根据本发明的示例性实施例的绝对位置测量装置。

图2是构成根据本发明的示例性实施例的颜色标尺图案的符号的概念图。

图3是使用图2中的符号形成的颜色标尺图案的概念图。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于读取颜色标尺位置的方法的流程图。

图5是示出包括绝对位置图案的第一颜色通道信号和包括增量位置图案的第二颜色通道信号的图表。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的码字(codeword)和绝对位置值之间的关系的概念图。

图7是示出根据本发明的示例性实施例的对应于增量位置图案的第二颜色通道信号的图表。

图8示出图7中的第二颜色通道信号的傅里叶谱和滤波。

图9是示出通过反傅里叶变换图8中的正性的傅里叶分量获得的相位分量的图表。

图10是通过相位展开图9中的相位分量形成的图表。

图11示出根据本发明的示例性实施例的二维颜色标尺的符号。

图12示出用于图11中的符号的复合的绝对位置符号。

图13示出用于图11中的符号的复合的增量位置符号。

图14示出二维颜色标尺图案、二维绝对位置图案和二维增量位置图案。

图15示出二维绝对位置图案。

图16示出二维增量位置图案。

图17是示出解码二维颜色标尺图案的方法的概念图。

图18是示出根据本发明的另一示例性实施例的构成颜色标尺图案的符号的概念图。

图19是示出使用图18中的符号形成的颜色标尺图案的概念图。

图20是根据本发明的另一示例性实施例的构成二维颜色标尺图案的符号的概念图。

图21示出用于图20中的符号的复合的绝对位置符号。

图22示出用于图20中的符号的复合的增量位置符号。

图23示出二维颜色标尺图案、二维绝对位置图案和二维增量位置图案。

图24示出包括二维绝对位置图案的第一颜色图案。

图25示出包括二维增量位置图案的第二颜色图案。

图26是示出解码二维颜色标尺图案的方法的概念图。

图27和图28是根据本发明的另一示例性实施例的构成颜色标尺的符号的概念图。

具体实施方式

颜色系统是三维表达的空间概念，并且通过三维坐标在颜色空间中显示颜色系统的所有颜色。

rgb颜色空间以加色混和(additivecolormixture)方式显示颜色，在该方式中，通过混合颜色来增加亮度。rgb加色混合的三原色是指红色、绿色和蓝色。rgb颜色空间基于对应于三原色的三个通道的亮度来指定颜色。rgb颜色空间是颜色表达的基本原理。

三原色在它们彼此相加地混合时显示不同的颜色。当彩色图像传感器拍摄具有指定颜色的被摄体时，可以组合红色像素的数据、绿色像素的数据和蓝色像素的数据，以显示指定颜色。也就是说，彩色图像传感器的红色像素、绿色像素和蓝色像素可以独立地将指定颜色分别分解为红色分量、绿色分量和蓝色分量。

例如，绝对位置标尺可以将绝对位置信息编码为黑色和绿色，并且增量位置标尺可以将增量位置信息编码为黑色和红色。在使绝对位置标尺和增量位置标尺彼此重叠之后，可以制备出由颜色组成的光复合颜色标尺。彩色图像传感器可以拍摄复合颜色标尺，并且处理器可以读取由绿色像素形成的绝对位置图案并可以读取由红色像素形成的增量位置图案。因此，可以通过组合绝对位置和增量位置来确定精确的绝对位置。

在复合颜色标尺包括使用红色、绿色和蓝色中的一种颜色编码的绝对位置信息和使用另一种颜色编码的相对位置信息的情况下，彩色图像传感器可以独立地提取由一种颜色编码的信息和由另一种颜色编码的信息。

通过使用黑色和第一颜色的绝对位置图案来编码绝对位置，并且通过以均匀间隔布置的使用黑色和第二颜色的相同增量位置图案来编码相对位置。能够通过绝对位置图案和增量位置图案的颜色复合形成复合颜色标尺。

用于编码绝对位置的二进制代码可以是伪随机码。使用移位寄存器产生伪随机码。最大长度序列是可通过使用给定的n级移位寄存器产生的序列之中的具有最大长度周期的序列。例如，在3级的情况下，最大码长度是7，并且最大长度序列的周期是9。在4级的情况下，最大码长度是15，并且最大长度序列的周期是18。在12级的情况下，最大码长度是4095，并且最大长度序列的周期是4106。可以示出对应于最大码长度的绝对位置。例如，在3级的情况下，最大长度序列可以是“001110100”。

n个寄存器的值可以组成码字(codeword)，并且码字可以表示绝对位置。可以不同地修改伪随机码。常规地，颜色标尺图案可包括最大长度序列或者包括10级以上的gold序列。为便于描述，将描述使用通过包括3级的移位寄存器产生的伪随机码的颜色标尺。

伪随机码需要包括特定的图案或符号以应用到颜色标尺图案。当伪随机码应用到颜色标尺图案时，伪随机码可以提供粗略绝对位置。颜色标尺图案使用预定符号，以使用伪随机码的相位来指定精确位置。

具体地，颜色标尺图案形成为用于将重复布置的伪随机码替换为n级的线性反馈移位寄存器的序列。序列的值替换为第一符号或第二符号。因此，为了知晓绝对位置，需要读取具有大于或等于码字长度的长度的颜色标尺图案。颜色标尺图案可以以单位长度d重复地布置。通过n级移位寄存器的值确定码字。

现在，在下文中将参照附图更充分地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以实施为不同的形式，并且不应该解释为局限于本文提出的实施例。更确切地说，提供这些实施例，使得本发明全面的和完整的，并且将本发明的范围完整地传递给本领域的技术人员。

在本发明的示例性实施例中详细地指明附图标记，并且它们的示例展示在附图中。在每个可能的情况中，相同的附图标记用于指代说明书和附图中的相同或相似的元件。

图1示出根据本发明的示例性实施例的绝对位置测量装置。

参考图1，将做如下假设：使用反射罩来产生单码道二进制代码，并且通过分析单码道二进制代码的反射彩色图像的颜色强度分布来计算绝对位置。颜色标尺110包括形成在其表面上的颜色标尺图案112。

因此，我们应获得反射颜色图案的颜色强度分布，以用于数据处理。用于获得强度分布的绝对位置测量装置100可包括颜色标尺110、光学系统120、光源160和光传感器阵列140。光传感器阵列140可以是彩色cis、彩色ccd或彩色光电二极管阵列。光学系统120可包括物镜单元122和成像透镜单元124。

由光源160提供的光通过准直透镜162变为平行光。平行光被提供到分束器164并且被提供到物镜单元122。穿过物镜单元122的光被颜色标尺110反射并穿过物镜单元122和分束器164。穿过物镜单元122和分束器164的光被提供到成像透镜单元124。穿过成像透镜单元124的光将颜色标尺100的图像提供到光传感器阵列140。通过光传感器阵列140获得的图像被提供到处理单元150，以进行数据处理。处理单元150可以在基于rgb颜色分割图像之后使用预定算法来处理图像。

图2是根据本发明的示例性实施例的组成颜色标尺图案的符号的概念图。

图3是使用图2中的符号形成的颜色标尺图案的概念图。

参考图2和图3，颜色标尺图案112形成为用于将伪随机码或二进制代码替换为符号10a和10b。

例如，伪随机码的序列可以是‘001110100’并且可包括3位的码字。伪随机码的每个位指示“第一状态(高)”或“第二状态(低)”。

第一符号10a具有第一宽度w并且表示第一状态(“高”)。第二符号10b具有第一宽度w并且表示第二状态(“低”)。第二符号10b具有不同于第一符号10a的颜色结构的颜色结构。第一宽度w可以在几微米到几毫米的范围内。

第一符号10a划分成具有相同结构的两个以上的分段15a和15b。第二符号10b划分成具有相同结构的两个以上的分段15c和15d。第一符号10a与第二符号10b具有相同的形状，但可具有彼此不同的颜色结构。

在第一符号10a的各分段之中，分段15a被设计为在相应位置处与第二符号10b的分段15c具有相同的颜色(例如，红色)。被设计为具有相同颜色(红色)的分段15a可以提供增量位置信息。除了提供增量位置信息的分段15a之外，其他分段15b和15d可以使用不同颜色着色，以提供绝对位置信息。

第一符号10a可以通过第一绝对位置符号11a和增量位置符号12的颜色复合形成。第二符号10b可以通过第二绝对位置符号11b和增量位置符号12的颜色复合形成。第一绝对位置符号11a和第二绝对位置符号11b均划分成具有相同结构的两个以上的分段16a和16b。增量位置符号12划分成具有相同结构的两个以上的分段17a和17b。

第一绝对位置符号11a表示第一状态(“高”)，并且第二绝对位置符号11b表示第二状态(“低”)。第一绝对位置符号11a可包括使用三原色之中的第一颜色(例如，绿色)填充的第二分段16b。第一绝对位置符号11a的第一分段16a可以使用黑色填充。第二绝对位置符号11b的第一分段16c和第二分段16d可以使用黑色填充。

增量位置符号12可具有相同的结构和图案。在增量位置符号12中，至少一个分段17a可以使用三原色之中的第二颜色(例如，红色)填充。在增量位置符号12中，另一个分段17b可以使用黑色填充。

通过第一绝对位置符号11a和增量位置符号12的颜色复合可以形成第一符号10a。通过第二绝对位置符号11b和增量位置符号12的颜色复合可以形成第二符号10b。颜色复合是光颜色复合，并且黑色不会有助于与另一种颜色的复合。

第一符号10a和第二符号10b均包括两个分段。第一符号10a的第一分段15a可具有第二颜色(红色)，并且第一符号10a的第二分段15b可具有第一颜色(绿色)。第二符号10b的第一分段15c可具有第二颜色(红色)，并且第二符号10b的第二分段15d可具有黑色。

第一绝对位置符号11a的第一分段16a可具有黑色，并且第一绝对位置符号11a的第二分段16b可具有第一颜色。第二绝对位置符号11b的第一分段16c可具有黑色，并且第二绝对位置符号11b的第二分段16d可具有黑色。增量位置符号12的第一分段17a可具有第二颜色(红色)，并且增量位置符号12的第二分段17b可具有黑色。第一颜色可以是rgb的一种，并且第二颜色可以是rgb的另一种。

参考图3，颜色标尺的颜色标尺图案112布置成使用第一符号10a和第二符号10b表示二进制代码，其中，第一符号10a具有第一宽度w并且表示第一状态(“高”)，且第二符号10b具有第一宽度w并且表示第二状态(“低”)。第一符号10a和第二符号10b均划分成具有相同结构的两个以上的分段。第一符号10a通过具有相同结构的第一绝对位置符号11a和增量位置符号12的颜色复合形成。第二符号10b通过具有相同结构的第二绝对位置符号11b和增量位置符号12的颜色复合形成。第一绝对位置符号11a和第二绝对位置符号11b使用第一颜色表示第一状态(“高”)或第二状态(“低”)。增量位置符号12包括第二颜色。

第一符号10a和第二符号10b均可包括两个分段。第一绝对位置符号11a的第二分段可具有第一颜色，并且第一绝对位置符号11a的第一分段可具有黑色。第二绝对位置符号11b的第一分段和第二分段可具有黑色。增量位置符号12的第二分段可具有黑色。增量位置符号12的第一分段可具有第二颜色。

通过将二进制代码序列替换为第一绝对位置符号11a和第二绝对位置符号11b来形成绝对位置图案114。

通过将包括二进制代码的序列替换为相同结构的增量位置符号来形成增量位置图案116。

通过使用绝对位置图案114和增量位置图案116彼此重叠之后的颜色复合来形成颜色标尺图案112。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的读取颜色标尺的位置的方法的流程图。

图5是示出包括绝对位置图案的第一颜色通道信号和包括增量位置图案的第二颜色通道信号的图表。

参考图4和图5，读取颜色标尺的位置的方法包括：获取颜色标尺112的彩色图像212，其中，颜色标尺112通过具有第一颜色的绝对位置图案114和具有第二颜色的增量位置图案116的颜色复合产生(s110)；通过颜色来分离彩色图像212，以产生包括具有第一颜色的绝对位置图案的第一颜色通道信号214和包括具有第二颜色的增量位置图案的第二颜色通道信号216(s120)；并且，在特定位置处从第一颜色通道信号214读取绝对位置码字，以确定大概绝对位置(s130)。

方法还可包括：在特定位置处使用对应于增量位置图案116的第二颜色通道信号216确定相位值和精细相对位置(s140)；并且使用大概绝对位置和精细相对位置计算精细绝对位置(s150)。

彩色光传感器阵列140可以拍摄颜色标尺图像112，以产生彩色图像212。彩色光传感器阵列140可包括多个二维像素阵列。彩色光传感器阵列140的每个像素可以划分成rgb子像素。彩色光传感器阵列140的多个像素可以成像单个分段。彩色图像212应当包含至少一个码字，以读取绝对位置。

第一颜色通道信号214可以是包括彩色图像212中的表示第一颜色(绿色)的子像素的图像。在颜色标尺图案112包括表示增量位置图案116的红色和表示绝对位置图案114的绿色的情况下，第一颜色通道信号214可以是包括绿色子像素的图像。第一颜色通道信号214可以表达为颜色标尺图案112的行进方向上的强度。第一颜色通道信号214可以根据位置在0到255的范围内显示。第一颜色通道信号214可以理论上只检测绿色信号而不检测红色信号。

然而，根据本发明的实验结果，由于红色增量位置图案116，第一颜色通道信号214可以提供显著的噪声分量。由于绿色的绝对位置图案114，第一颜色通道信号214提供充足的强度。由此，第一颜色通道信号214可以在使用具有特定信号电平或更高的信号电平的判定标准时读取峰值位置图案。

第二颜色通道信号216可以是包括彩色图像212中的表示第二颜色(红色)的子像素的图像。在颜色标尺图案112包括表示增量位置图案116的红色和表示绝对位置图案114的绿色的情况下，第二颜色通道信号216可以是包括红色子像素的图像。由于绿色的绝对位置图案114，第二颜色通道信号216可以提供微小噪声。然而，第二颜色通道信号216可具有周期性。

可以在特定位置处从第一颜色通道信号214读取绝对位置码字，以确定大概绝对位置。具体地，使用信号电平在特定位置处从第一颜色通道信号214读取绝对位置码字。根据第一颜色通道信号214，绝对位置代码可以是‘1110’。指示位置的码字可以是‘111’或‘110’。选择绝对位置码字的方法不受限制，但第二颜色通道信号216的相位值的读取位置可以根据码字的选择位置发生变化。

在计算相位值时，绝对位置码字的读取位置不必是第二颜色通道信号216的中心位置。然而，绝对位置码字的读取位置可以通过处理最小图像区域而根据相位值的读取位置发生变化。当在第一颜色通道信号214的中心位置处读取绝对位置码字时，可以相对于中心位置对称地选择绝对位置代码。在三个位的情况下，可以在中心位置的前方读取两个位，并且在中心位置的后方读取一个位。当从起始位置执行读取时，可以从起始位置读取开始相应位的绝对位置代码。当从终止位置执行读取时，可以在终止位置之前读取相应位的绝对位置代码。

使用与绝对位置的码字相对应的查找表(lut)计算绝对位置值，并且使用绝对位置值计算大概绝对位置。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的码字和绝对位置值之间关系的概念图。

参考图6，在例如3位的码字的情况下，读取的码字‘111’对应于十进制中的7，并且在十进制地址7中储存有绝对位置2。因此，码字‘111’对应于绝对位置2，但没有示出绝对位置的单位，从而通过乘以表示单个位的宽度w或间距p粗略计算绝对位置。

图7是示出根据本发明的示例性实施例的对应于增量位置图案的第二颜色通道信号的图表。

图8示出图7中的第二颜色通道信号的傅里叶谱和滤波。

图9是示出通过傅里叶逆变换图8中的正性傅里叶分量获得的相位分量的图表。

图10是通过图9中的相位分量的相位展开(phaseunwrapping)形成的图表。

参考图7到图10，在特定位置处使用对应于增量位置图案116的第二颜色通道信号216′确定相位值和精细相对位置。具体地，将第二颜色通道信号216′傅里叶变换为空间频域，以计算傅里叶谱。对所计算的傅里叶谱进行滤波，以提取正性空间频率分量。将所提取的正性空间频率分量傅里叶逆变换为位置空间，以计算相位。在相位中检测相位不连续位置，以执行相位展开。然后，在特定位置处计算相位值。

因为第二颜色通道信号216′包括增量位置图案116，所以第二位置通道信号216′可具有周期性信号。这种周期性信号可具有相位，并且相位可以提供单个符号的宽度内的相对位置。

也就是说，第二颜色通道信号g(x)表达为由增量位置图案引起的周期性信号，如下：

方程(1)

g(x)＝a(x)+b(x)cos[2πf0x+φ(x)]

＝a(x)+c(x)exp(j2πf0x)+c^*(x)exp(-j2πf0x)

其中，g(x)表示第二颜色通道信号，a(x)表示背景信号分布，b(x)表示第二颜色通道信号的振幅分布，fo表示第二颜色通道信号的周期，并且表示第二颜色通道信号的相位。

参考图8，当将第二颜色通道信号傅里叶变换为空间频域时，傅里叶谱被如下表达：

方程(2)

g(fx)＝a(fx)+c(fx-f0)+ｃ^*(fx+f0)

其中，g(fx)表示第二颜色通道信号g(x)的傅里叶谱，fx表示x轴方向上的空间频率，a(fx)表示背景信号分布的傅里叶谱，并且c(fx-fo)表示以第二颜色通道信号的周期±fo偏移的c(x)和c*(x)的傅里叶谱。

通过滤波来分离c(fx-fo)分量的信号。在向滤波后的傅里叶谱应用傅里叶逆变换之后，相位ψ(x)被如下计算：

方程(3)

其中，ψ(x)表示取决于x轴位置的相位，ifft表示傅里叶逆变换，并且mod表示用于输出通过使输入值除以π获得的剩余值的模函数，并且模函数的输出值具有在±π范围内的值。

参考图9和图10，在相位中检测相位不连续位置，以执行相位展开。

对经过相位展开的相位进行线性拟合。根据线性拟合的结果，在±π范围内确定中心像素位置(或另一特定位置)处的相位值。将所确定的相位值设置为增量位置图案的相位值。从线性拟合结果找出相位值的模值为0的位置。所找出的位置是用于读取绝对位置代码的位置。

图11示出根据本发明的示例性实施例的二维颜色标尺的符号。

图12示出用于图11中的符号的复合的绝对位置符号。

图13示出用于图11中的符号的复合的增量位置符号。

图14示出二维颜色标尺图案、二维绝对位置图案和二维增量位置图案。

图15示出二维绝对位置图案。

图16示出二维增量位置图案。

图17是示出用于编码二维颜色标尺图案的方法的概念图。

参考图11到图17，二维颜色标尺312布置成使用均包括2×2个分段的第一符号30a到第四符号30d来表示二进制代码。第一符号30a表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第二符号30b表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第三符号30c表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第四符号30d表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第一符号30a到第四符号30d具有黑色、第一颜色(绿色)和第二颜色(红色)，并且具有彼此不同的颜色图案。

第一符号30a的坐标为(1,1)的第一分段可具有第二颜色(红色)，第一符号30a的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第一符号30a的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第一符号30a的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第二符号30b的坐标为(1,1)的第一分段可具有第二颜色(红色)，第二符号30b的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第二符号30b的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第二符号30b的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第三符号30c的坐标为(1,1)的第一分段可具有第二颜色(红色)，第三符号30c的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第三符号30c的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第三符号30c的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第四符号30d的坐标为(1,1)的第一分段可具有第二颜色(红色)，第四符号30d的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第四符号30d的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第四符号30d的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。第一颜色可以是三原色中的一者，并且第二颜色可以是三原色中的另一者。

第一符号30a到第四符号30d可以通过第一绝对位置符号31a到31d和增量位置符号32的光颜色复合形成。第一绝对位置符号31a到31d可包括2×2个分段并且可包括第一颜色的不同图案。

第一绝对位置符号31a表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第二绝对位置符号31b表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第三绝对位置符号31c表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第四绝对位置符号31d表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第一绝对位置符号31a到第四绝对位置符号31d具有第一颜色和彼此不同的图案。

第一绝对位置符号31a的坐标为(1,1)的第一分段可具有黑色，第一绝对位置符号31a的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第一绝对位置符号31a的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第一绝对位置符号31a的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第二绝对位置符号31b的坐标为(1,1)的第一分段可具有黑色，第二绝对位置符号31b的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第二绝对位置符号31b的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第二第二绝对位置符号31b的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第三绝对位置符号31c的坐标为(1,1)的第一分段可具有黑色，第三绝对位置符号31c的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第三绝对位置符号31c的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第三绝对位置符号31c的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第四绝对位置符号31d的坐标为(1,1)的第一分段可具有黑色，第四绝对位置符号31d的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第四绝对位置符号31d的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第四绝对位置符号31d的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

增量位置符号32可包括2×2个分段。增量位置符号32的坐标为(1,1)的第一分段可具有第二颜色(红色)，增量位置符号32的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，增量位置符号32的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且增量位置符号32的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第一符号30a可以通过第一绝对位置符号31a和增量位置符号32的光颜色复合形成。第二符号30b可以通过第二绝对位置符号31b和增量位置符号32的光颜色复合形成。第三符号30c可以通过第三绝对位置符号31c和增量位置符号32的光颜色复合形成。第四符号30d可以通过第四绝对位置符号31d和增量位置符号32的光颜色复合形成。

第一符号30a到第四符号30d可以布置在第一方向和第二方向上，以表示二进制代码。二进制代码可以是伪随机码。伪随机码可包括3位的码字。伪随机码的序列可以是‘001110100’并且可包括3位的码字。伪随机码的每个位表示“第一状态(高)”或“第二状态(低)”。

第一符号30a到第四符号30d的布置可以组成二维颜色标尺图案312。二维颜色标尺图案312可以通过二维绝对位置图案314和增量位置图案316的颜色复合形成，其中，二维绝对位置图案314通过第一绝对位置符号到第四绝对位置符号的布置形成，且增量位置图案316通过增量位置符号的布置形成。

二维颜色标尺图案312通过包括黑色和第一颜色的二维绝对位置图案314与包括黑色和第二颜色的二维增量位置图案316的颜色复合形成。

参考图15，第一方向上的序列可以是‘001110100’，并且第二方向上的序列可以是‘001110100’。相应的符号布置在对应于各个序列坐标的位置处。

在光传感器阵列140拍摄二维颜色标尺图案312之后，可以产生包括第一颜色的第一颜色通道图像414。替代地，第一颜色通道图像414可包括二维绝对位置图案的部分a′。第一颜色通道图像414的部分a′可包括第一方向上的至少一个码字和第二方向上的至少一个码字，以用于解码绝对位置。第一颜色可具有0到255的范围。具有0值的第一颜色可具有黑色。

在第一颜色通道图像414中，单独地示出在右侧处的单条线的绝对位置图案表示二维颜色标尺图案的最左侧的单条线。当检测布置在第二方向上的图案的信号电平时，可以读取第二方向上的码字。

为了读取第二方向上的码字，可以通过对第一方向上的信号取平均来获得第二方向上的码字。也就是说，第二方向上的码字可以划分成第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一区域中的所有的18个分段具有黑色，第二区域中的18个分段中的9个分段具有第一颜色(绿色)，且第三区域中的18个分段中的4个分段具有第一颜色(绿色)。三个区域的组合可以表示第一方向上的第一状态(“高”)或第二状态(“低”)。

为了读取第二方向上的码字，甚至在第一颜色通道图像414的部分a′的情况下，可以通过对第一方向上的信号取平均来获得第二方向上的码字。

在第一颜色通道图像414中，单独地示出在下侧处的单条线的绝对位置图案表示二维颜色标尺图案的最上侧的单条线。当检测布置在第一方向上的图案的信号电平时，可以读取第一方向上的码字。

另一方面，为了读取第一方向上的码字，可以通过对第二方向上信号取平均来获得第一方向上的码字。也就是说，第一方向上的码字可以划分成第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一区域中的所有的18个分段具有黑色，第二区域中的18个分段中的9个分段具有第一颜色(绿色)，且第三区域中的18个分段中的4个分段具有第一颜色(绿色)。三个区域的组合可以表示第一状态(“高”)或第二状态(“低”)。

参考图16，在光传感器阵列140拍摄二维颜色标尺图案312之后，可以产生包括第二颜色的第二颜色通道图像416。第二颜色可具有0到255的范围。具有0值的第二颜色可具有黑色。

增量位置图案316可以布置成使得第二颜色(红色)和黑色在第一方向上交替地排列。增量位置图案316可以布置成使得第二颜色(红色)和黑色在第二方向上交替地排列。

在第二颜色通道图像416中，单独地示出在右侧处的单条线的增量位置图案表示二维颜色标尺图案的最左侧的单条线。当检测布置在第二方向上的图案的信号电平时，可以读取第二方向上的增量代码。

在第二颜色通道图像416中，单独地示出在下侧处的单条线的增量位置图案表示二维颜色标尺图案的最上侧的单条线。当检测布置在第一方向上的图案的信号电平时，可以读取第一方向上的增量代码。

另一方面，为了读取第一方向上的增量代码，可以通过对第二方向上的信号取平均来获得第一方向上的增量代码。也就是说，第一方向上的增量代码可以划分成第一区域和第二区域，其中，在第一区域中的所有的18个分段具有黑色，且第二区域中的18个分段中的9个分段具有第二颜色(红色)。两个区域的组合可以表示第一方向上的条形码或第二方向上的增量代码。

参考图17，由区域a指示的彩色图像通过第一颜色通道图像414中的区域a′指示并通过第二颜色通道图像416中的区域a″指示。在第一颜色通道图像414中，在第二方向上对区域a′取平均之后确定第一方向上的码字。在第一颜色通道图像414中，在第一方向上对区域a′取平均之后确定第二方向上的码字。

根据本发明的另一示例性实施例的用于确定二维颜色标尺位置的方法包括：获得通过具有第一颜色的二维绝对位置图案314和具有第二颜色的二维绝对位置图案的颜色复合形成的二维颜色标尺图案312的彩色图像412；通过颜色来分离彩色图像，以产生包括具有第一颜色的二维绝对位置图案314的第一颜色通道彩色图像和包括具有第二颜色的二维增量位置图案的第二颜色通道图像；使用对应于二维增量位置图案的第二颜色通道图像416在特定位置处确定第一方向上的第一相位值、第二方向上的第二相位值、第一方向上的第一精细相对位置和第二方向上的第二精细相对位置；在特定位置处从第一颜色通道图像414在第一方向上读取第一绝对位置码字，以确定第一方向上的第一大概绝对位置，并在特定位置处从第一颜色通道图像在第二方向上读取第二绝对位置码字，以确定第二方向上的第二大概绝对位置，并且，使用第一大概绝对位置和第一精细相对位置计算第一精细绝对位置，且使用第二大概绝对位置和第二精细相对位置计算第二精细绝对位置。

光传感器阵列140拍摄二维颜色标尺312的一部分或全部。光传感器阵列可以通过拍摄二维颜色标尺图案312产生彩色图像412。彩色图像412可以分解为由第一颜色像素形成的第一颜色通道图像414和由第二颜色像素形成的第二颜色通道图像416。

第一颜色通道图像414可包括具有第一颜色的二维绝对位置图案314。第二颜色通道图像416可包括具有第二颜色的二维增量位置图案316。

可以使用对应于二维增量位置图案316的第二颜色通道图像416在特定位置处确定第一方向上的第一相位值、第二方向上的第二相位值、第一方向上的第一精细相对位置和第二方向上的第二精细相对位置。具体地，可以在第二颜色通道图像416中产生第一方向上的第二颜色通道信号416a。可以通过在第二方向上取平均获得第一方向上的第二颜色通道信号416a。可以通过将第一方向上的第二颜色通道信号416a傅里叶变换为空间频域来计算第一方向傅里叶谱。可以对第一方向傅里叶谱进行滤波，以提取正性第一方向空间频率分量。可以将正性第一方向空间频率分量傅里叶逆变换为位置空间，以计算第一相位。在第一相位中，可以检测相位不连续位置，以执行相位展开。可以在特定位置处计算第一相位值。

在第二颜色通道图像416中，可以产生第二方向上的第二颜色通道信号416b。可以通过在第一方向上取平均来获得第二方向上的第二颜色通道信号416b。可以通过将第二方向上的第二颜色通道信号416b傅里叶变换为空间频域来计算第二方向傅里叶谱。可以对第二方向傅里叶谱进行滤波，以提取正性第二方向空间频域分量。可以将正性第二方向空间频域分量傅里叶逆变换为位置空间，以计算第二相位。在第二相位中，检测第二相位中的相位不连续位置，以执行相位展开。可以在特定位置处计算第二相位值。

在特定位置处从第一颜色通道图像414在第一方向上读取第一绝对位置码字(例如，‘111’)，以确定第一方向上的第一大概绝对位置，并且在特定位置处从第一颜色通道图像414在第二方向上读取第二绝对位置码字(例如，‘011’)，以确定第二方向上的第二大概绝对位置。具体地，可以从第一通道图像414产生第一方向上的第一颜色通道信号414a。可以通过在第二方向上取平均来获得第一方向上的第一颜色通道信号414a。可以使用信号电平在特定位置处从第一颜色通道信号414a在第一方向上读取第一绝对位置的码字。可以使用与第一方向上的第一绝对位置处的码字相对应的查找表来计算第一绝对位置值。可以使用第一绝对位置值来计算第一大概绝对位置。

可以使用信号电平在特定位置处从第一颜色通道图像在第二方向上读取第二绝对位置的码字。具体地，可以从第一彩色图像414产生第二方向上的第一颜色通道信号414b。可以通过在第一方向上取平均来获得第二方向上的第一颜色通道信号414b。可以使用与第二方向上的第二绝对位置的码字相对应的查找表来计算第二绝对位置值。可以使用第二绝对位置值来计算第二大概绝对位置。

图18是示出根据本发明的另一示例性实施例的组成颜色标尺图案的符号的概念图。

图19是示出使用图18中的符号形成颜色标尺图案的概念图。

参考图18和图19，通过将伪随机码或二进制数替换为符号40a和40b形成颜色标尺图案512。

第一符号40a具有第一宽度w并且表示第一状态(“高”)。第二符号40b具有第一宽度w并且表示第二状态(“低”)。第二符号40b具有不同于第一符号40a的颜色结构的颜色结构。第一宽度w的范围可以从几微米到几毫米。

第一符号40a划分成具有相同结构的两个以上的分段45a和45b。第二符号40b划分成具有相同结构的两个以上的分段45c和45d。第一符号40a和第二符号40b具有相同的形状，但可具有彼此不同的颜色图案。

第一符号40a和第二符号40b均可具有两个分段。第一符号40a的第一分段45a可具有由第一颜色(绿色)和第二颜色(红色)复合的颜色(黄色)。第一符号40a的第二分段45b可具有黑色。第二符号40b的第一分段45c可具有第二颜色(红色)，并且第二符号40b的第二分段45d可具有第一颜色(绿色)。

第一符号40a可以通过第一绝对位置符号41a和增量位置符号42的颜色复合形成。第二符号40b可以通过第二绝对位置符号41b和增量位置符号42的颜色复合形成。第一绝对位置符号41a和第二绝对位置符号41b分别划分成具有相同结构的两个以上的分段46a和46b以及46c和46d。增量位置符号42划分成具有相同结构的两个以上的分段47a和47b。第一绝对位置符号41a表示第一状态(“高”)，而第二绝对位置符号41b表示第二状态(“低”)。第一绝对位置符号41a包括填充有三原色之中的第一颜色(例如，绿色)的至少一个分段46a，并且第一绝对位置符号41a的其他分段46b可以使用黑色着色。第二绝对位置符号41b包括填充有三原色41b之中的第一颜色(例如，绿色)，并且第二绝对位置符号41b包括至少一个分段46d，并且第二绝对位置符号41b的其他分段46c可以使用黑色着色。第一绝对位置符号41a的位置和第二绝对位置符号41b中的填充有第一颜色的分段的位置是可互换的。

增量位置符号42可具有相同的结构和图案。在增量位置符号42中，至少一个分段47a可以使用三原色之中的第二颜色(例如，红色)填充。在增量位置符号42中，其他分段47b可以使用黑色填充。

第一符号40a可以通过第一绝对位置符号41a和增量位置符号42的颜色复合形成。第二符号40b可以通过第二绝对位置符号41b和增量位置符号42的颜色复合形成。颜色复合是光颜色复合，并且黑色不会有助于与其他颜色的复合。

第一符号40a和第二符号40b均可具有两个分段。第一符号40a和第二符号40b均具有两个分段。第一符号40a的第一分段45a可具有第一颜色和第二颜色的复合色(黄色)，并且第一符号40a的第二分段45b可具有黑色。

第二符号40b的第一分段45c可具有第二颜色(红色)，并且第二符号40b的第二分段45d可具有第一颜色(绿色)。也就是说，第一绝对位置符号41a的第一分段可具有第一颜色(绿色)，并且第一绝对位置符号41a的第二分段可具有黑色。第二绝对位置符号41b的第一分段可具有黑色，并且第二绝对位置符号41b的第二分段可具有第二颜色(绿色)。增量位置符号42的第一分段可具有第二颜色(红色)，并且增量位置符号42的第二分段可具有黑色。第一颜色可以是红色、绿色和黑色(rgb)中的一者，并且第二颜色可以是rgb中的另一者。

颜色标尺的颜色标尺图案512布置成使用具有第一宽度w并表示第一状态(“高”)的第一符号40a和具有第一宽度w并表示第二状态(“低”)的第二符号40b来表示二进制代码。第一符号40a和第二符号40b均划分成具有相同结构的两个以上的分段。第一符号40a通过具有相同结构的第一绝对位置符号41a和增量位置符号42的颜色复合形成。第二符号40b通过具有相同结构的第二绝对位置符号41b和增量位置符号42的颜色复合形成。第一绝对位置符号41a和第二绝对位置符号41b使用第一颜色表示第一状态(“高”)或第二状态(“低”)。增量位置符号包括第二颜色。

第一符号40a和第二符号40b可具有两个分段。第一绝对位置符号41a的第一分段可具有第一颜色，并且第一绝对位置符号41a的第二分段可具有黑色。第二绝对位置符号41b的第一分段可具有黑色，并且第二绝对位置符号41b的第二分段可具有第一颜色。增量位置符号42的第一分段可具有第二颜色，并且增量位置符号42的第二分段可具有黑色。

用于读取颜色标尺位置的方法包括：获得颜色标尺图案512的彩色图像，其中，颜色标尺图案512通过包括第一颜色的绝对位置图案514和包括第二颜色的增量位置图案516的颜色复合形成(s110)；通过颜色来分离彩色图像，以产生包括具有第一颜色的绝对位置图案514的第一颜色通道信号和包括具有第二颜色的增量位置图案516的第二颜色通道信号(s120)；并且在特定位置处从第一颜色通道信号读取绝对位置码字，以确定大概绝对位置(s130)。

方法还可包括：使用对应于增量位置图案516的第二颜色通道信号在特定位置处确定相位值和精细相对位置(s140)；并且使用大概绝对位置和精细相对位置计算精细相对位置(s150)。

图20是根据本发明的另一示例性实施例的组成二维颜色标尺图案的符号的概念图。

图21示出用于图20中的符号的复合的绝对位置符号。

图22示出用于图20中的符号的复合的增量位置符号。

图23示出二维颜色标尺图案、二维绝对位置图案和二维增量位置图案。

图24示出包括二维绝对位置图案的第一彩色图像。

图25示出包括二维增量位置图案的第二彩色图像。

图26是示出用于编码二维颜色标尺图案的方法的概念图。

参考图20到图26，二维颜色标尺612布置成用于使用均包括2×2个分段的第一符号60a到第四符号60d来表示二进制代码。第一符号60a表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第二符号60b表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第三符号60c表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第四符号60d表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第一符号到第四符号具有第一颜色(绿色)和第二颜色(红色)，并且具有彼此不同的颜色图案。

第一符号60a的坐标为(1,1)的第一分段可以是第一颜色和第二颜色的复合色(黄色)，第一符号60a的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第一符号60a的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第一符号60a的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第二符号60b的坐标为(1,1)的第一分段可以是第一颜色和第二颜色的复合色(黄色)，第二符号60b的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第二符号60b的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第二符号60b的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第三符号60c的坐标为(1,1)的第一分段可以是第一颜色和第二颜色的复合色(黄色)，第三符号60c的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第三符号60c的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第三符号60c的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第四符号60d的坐标为(1,1)的第一分段可具有第二颜色(红色)，第四符号60d的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第四符号60d的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第四符号60d的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。第一颜色可以是三原色中的一者，并且第二颜色可以是三原色中的另一者。

第一符号60a到第四符号60d可以通过绝对位置符号61a到61d和增量位置符号62的光颜色复合形成。绝对位置符号可包括2×2个分段并且可包括第一颜色的不同图案。

第一绝对位置符号61a表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第二绝对位置符号61b表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第一状态(“高”)。第三绝对位置符号61c表示第一方向上的第一状态(“高”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第四绝对位置符号61d表示第一方向上的第二状态(“低”)和第二方向上的第二状态(“低”)。第一绝对位置符号61a到第四绝对位置符号61d具有第一颜色，并且具有彼此不同的颜色图案。

第一绝对位置符号61a的坐标为(1,1)的第一分段可具有第一颜色(绿色)，第一绝对位置符号61a的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第一绝对位置符号61a的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第一绝对位置符号61a的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第二绝对位置符号61b的坐标为(1,1)的第一分段可具有第一颜色(绿色)，第二绝对位置符号61b的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第二绝对位置符号61b的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，并且第二绝对位置符号61b的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第三绝对位置符号61c的坐标为(1,1)的第一分段可具有第一颜色(绿色)，第三绝对位置符号61c的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，第三绝对位置符号61c的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第三绝对位置符号61c的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第四绝对位置符号61d的坐标为(1,1)的第一分段可具有黑色，第四绝对位置符号61d的坐标为(1,2)的第二分段可具有第一颜色(绿色)，第四绝对位置符号61d的坐标为(2,1)的第三分段可具有第一颜色(绿色)，并且第四绝对位置符号61d的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

增量位置符号62可包括2×2个分段。增量位置符号62的坐标为(1,1)的第一分段可具有第二颜色(红色)，增量位置符号62的坐标为(1,2)的第二分段可具有黑色，增量位置符号的坐标为(2,1)的第三分段可具有黑色，增量位置符号的坐标为(2,2)的第四分段可具有黑色。

第一符号60a可以通过第一绝对位置符号61a和增量位置符号62的光颜色复合形成。第二符号60b可以通过第二绝对位置符号61b和增量位置符号62的光颜色复合形成。第三符号60c可以通过第三绝对位置符号61c和增量位置符号62的光颜色复合形成。第四符号60d可以通过第四绝对位置符号61d和增量位置符号62的光颜色复合形成。

第一符号60a到第四符号60d可以布置在第一方向上和第二方向上，以表示二进制代码。二进制代码可以是伪随机码。伪随机码可包括3位的码字。伪随机码的序列可以是‘001110100’并且可包括3位的码字。伪随机码的每个位表示“第一状态(高)”或“第二状态(低)”。

第一符号60a到第四符号60d的布置可组成二维颜色标尺图案612。二维颜色标尺图案612可通过二维绝对位置图案614和增量位置图案的颜色复合形成，其中，二维绝对位置图案614通过布置第一绝对位置符号到第四绝对位置符号形成，且增量位置图案通过增量位置符号形成。

二维颜色标尺图案612通过包括黑色和第一颜色的二维绝对位置图案614与包括黑色和第二颜色的二维增量位置图案616形成。

参考图24，第一方向上的序列可以是‘001110100’，并且第二方向上的序列可以是‘001110100’。对与如下位置相对应的符号进行布置，这些位置对应于相应的序列坐标。

在光传感器阵列140拍摄二维颜色标尺图案612之后，可以产生包括第一颜色的第一颜色通道图像614′。替代地，第一颜色通道图像614′可包括二维绝对位置图案的部分b′。第一颜色通道图像614′的部分b′可包括第一方向上的至少一个码字和第二方向上的至少一个码字，以用于解码绝对位置。

在第一颜色通道图像614′中，单独地示出在右侧处的单条线的绝对位置图案表示二维颜色标尺图案的最左侧的单条线。当检测布置在第二方向上的图案的信号电平时，可以读取第二方向上的码字。

为了读取第二方向上的码字，可以通过对第一方向上的信号取平均来获得第二方向上的码字。也就是说，第二方向上的码字可以划分成第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一区域中的所有的18个分段具有黑色，第二区域中的18个分段中的9个分段具有第一颜色(绿色)，且第三区域中的18个分段中的14个分段具有第一颜色(绿色)。三个区域的组合可以指示“第一状态(高)”或“第二状态(低)”。

在第一颜色通道图像614′中，单独地示出在下侧处的单条线的绝对位置图案表示二维颜色标尺图案的最上侧的单条线。当检测布置在第一方向上的图案的信号电平时，可以读取第一方向上的码字。

为了读取第一方向上的码字，可以通过对第二方向上的信号取平均来获得第一方向上的码字。也就是说，第一方向上的码字可以划分成第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一区域中的所有的18个分段具有黑色，第二区域中的18个分段中的9个分段具有第一颜色(绿色)，并且第三区域中的18个分段中的14个分段具有第一颜色(绿色)。三个区域的组合可以指示“第一状态(高)”或“第二状态(低)”。

参考图25，在光传感器阵列140拍摄二维颜色标尺图案612之后，可以产生包括第二颜色的第二颜色通道图像616′。

增量位置图案616可以布置成使得第二颜色(红色)和黑色在第一方向上交替地排列。增量位置图案616可以布置成使得第二颜色和黑色在第二方向上交替地排列。

在第二颜色通道图像616′中，单独地示出在右侧处的单条线的绝对位置图案表示二维颜色标尺图案的最左侧的单条线。当检测布置在第二方向上的图案的信号电平时，可以读取第二方向上的增量代码。

在第二颜色通道图像616′中，单独地示出在底侧处的单条线的绝对位置图案表示二维颜色标尺图案的最上侧的单条线。当检测布置在第一方向上的图案的信号电平时，可以读取第一方向上的增量代码。

为了读取第二方向上的增量代码，可以通过对第一方向上的信号取平均来获得第二方向上的增量代码。也就是说，第二方向上的增量代码可以划分成第一区域和第二区域，其中，第一区域中的所有的18个分段具有黑色，并且第二区域中的18个分段中的9个分段具有第二颜色(红色)。两个区域的组合可以指示第一方向上的条形码或第二方向上的增量代码。

参考图26，被示出为区域b的彩色图像被示出为第一颜色通道图像614′中的区域b′和第二颜色通道图像616′中的区域b″。在第一颜色通道图像614′中，当在第二方向上取平均区域b′之后确定第一方向上的码字。在第一颜色通道图像614′中，当在第一方向上取平均区域b′之后确定第二方向上的码字。

在特定位置处从第一颜色通道图像614′在第一方向上读取第一绝对位置码字(例如，‘111’)，以获得第一方向上的第一大概绝对位置。在特定位置处从第一颜色通道图像614′读取第二绝对位置码字(例如，‘011’)，以确定第二方向上的第二大概绝对位置。具体地，可以从第一颜色通道图像614′产生第一方向上的第一颜色通道信号614a。可以在第二方向上取平均来获得第一方向上的第一颜色通道信号614a。可以使用信号电平在特定位置处从第一颜色通道信号614a在第一方向上来读取第一绝对位置的码字。可以使用与第一方向上的第一绝对位置的码字相对应的查找表来计算第一绝对位置值。可以使用第一绝对位置值来计算第一大概绝对位置。

可以使用信号电平在特定位置处从第一颜色通道图像614'在第二方向上读取第二绝对位置的码字。具体地，可以从第一颜色通道图像614′中产生第二方向上的第一颜色通道信号614b。可以通过在第一方向上取平均来获得第二方向上的第一颜色通道信号614b。可以使用与第二方向上的第二绝对位置中的码字相对应的查找表来计算第二绝对位置。可以使用第二绝对位置值来计算第二大概位置。

图27是根据本发明的另一示例性实施例的组成颜色标尺的概念图。

参考图27，颜色标尺布置成使用第一符号70a和第二符号70b来表示二进制代码，其中，第一符号70a具有第一宽度w并且表示第一状态(“高”)，且第二符号70b具有第一宽度w并且表示第二状态(“低”)。第一符号70a划分成具有相同结构的两个以上的分段。第二符号70b划分成具有相同结构的两个以上的分段。第一符号70a和第二符号70b具有相同的形状，但第一符号70a可具有不同于第二符号70b的颜色结构的颜色结构。

第一符号70a和第二符号70b均可包括四个分段。第一符号70a的第一分段和第二分段具有第一颜色(红色)，第一符号70a的第三分段具有第一颜色(红色)和第二颜色(绿色)的复合色(黄色)，并且第一符号70a的第四分段可具有第二颜色(绿色)。第二符号70b的第一分段和第二分段可具有黑色，并且第二符号70b的第三分段和第四分段可具有第二颜色(绿色)。

第一绝对位置符号71a和第二绝对位置符号71b均可包括四个分段。第一绝对位置符号71a的第一分段到第三分段可具有第一颜色(红色)，并且第一绝对位置符号71a的第四分段可具有黑色。第二绝对位置符号71b的第一分段到第四分段可具有黑色。

增量位置符号72可包括四个分段。增量位置符号72的第一分段和第二分段可具有黑色，并且增量位置符号72的第三分段和第四分段可具有第二颜色(绿色)。

第一符号70a可以通过第一绝对位置符号71a和增量位置符号72的颜色复合形成。第二符号70b可以通过第二绝对位置符号71b和增量位置符号72的颜色复合形成。

图28是根据本发明的另一示例性实施例的组成颜色标尺的概念图。

参考图28，颜色标尺布置成用于使用第一符号80a和第二符号80b来表示二进制代码，其中，第一符号80a具有第一宽度w并且表示第一状态(“高”)，且第二符号80b具有第一宽度w并且表示第二状态(“低”)。第一符号80a划分成具有相同结构的两个以上的分段。第二符号80b划分成具有相同结构的两个以上的分段。第一符号80a和第二符号80b具有相同的形状，但第一符号80a可具有不同于第二符号80b的颜色结构的颜色结构。

第一符号80a和第二符号80b均可包括四个分段。第一符号80a的第一分段可具有第一颜色(红色)，第一符号80a的第二分段可具有第一颜色和第二颜色的复合色，并且第一符号80a的第三分段可具有第二颜色(绿色)。第一符号80a的第四分段可具有黑色。

第二符号80b的第一分段可具有黑色，第二符号80b的第二分段可具有第二颜色，第二符号80b的第三分段可具有第一颜色和第二颜色的复合色，并且第二符号80b的第四分段可具有第一颜色(红色)。

每个第一绝对位置符号81a和第二绝对位置符号81b可包括四个分段。第一绝对位置符号81a的第一分段和第二分段可具有第一颜色(红色)，并且第一绝对位置符号81a的第三分段和第四分段可具有黑色。第二绝对位置符号81b的第一分段和第二分段可具有黑色，并且第二绝对位置符号81b的第三分段和第四分段可具有第一颜色(红色)。

增量位置符号82可包括四个分段。增量位置符号82的第一分段可具有黑色，增量位置符号82的第二分段和第三分段可具有第二颜色(绿色)，并且增量位置符号82的第四分段可具有黑色。

通过第一绝对位置符号81a和增量位置符号82可以形成第一符号80a。通过第二绝对位置符号81b和增量位置符号82可以形成第二符号80b。

如上所述，根据本发明的示例性实施例的颜色标尺可以通过颜色复合编码用黑色和第一颜色编码的绝对位置信息，和用黑色和第二颜色编码的增量位置信息。

此外，通过执行解码具有绝对位置信息的第一颜色和解码具有增量位置信息的第二颜色和彼此结合绝对位置信号和增量位置信息，读取根据本发明的示例性实施例的颜色标尺位置的方法可以计算精确的绝对位置信息。

尽管已经详细地描述了本发明和它的优点，但应当理解的是，在不偏离权利要求所定义的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种更改、替换和修改。