液晶显示器的摄影测量方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及摄影测量技术领域，具体涉及一种液晶显示器的摄影测量方法，还涉及利用该摄影测量方法进行测量角位移的方法。
【背景技术】
[0002]随着测量需求的增加和光电技术的发展，摄影测量技术得到了快速的发展。现有技术中，针对二维空间坐标系的测量已经相当成熟，摄像头采集到待测物体的图像后，再进行测量处理，该测量处理过程分为待测物体图像的处理分析和待测物体几何量的测量，待测物体几何量的测量又包括图像的预处理和边缘提取算法，经过上述处理后，待测物体的被测边缘突出显示或者以二值化方式显示出来，被测几何要素都以坐标点或坐标点集的方式表示。用该技术对液晶显示器测量时，通过上述处理，液晶显示器的各像素以一个个小矩形的形式可以清楚显示，各像素的边缘都可以清楚看到，由此摄像头视场内的各个点到其附近各像素的距离也可精确测算。
[0003]目前用于测量角位移的传感装置，有圆光栅盘、码盘等，都是非常昂贵的器件，而且对安装形位公差要求高，联轴器对分辨率和精度都有损失，而且都要在设计的时候考虑编码器或者圆光栅的安装位置，对于已经完成的选择装置无法测量角度。
[0004]由于液晶显示器的几何变形趋近完美，具有完全的纯平面，并且由于屏幕玻璃非常薄，几何不存在折射现象，显示屏幕能的每个显示基元独立开关，在标准分辨率下显示图形图像时，保真性能好，同时无闪烁，每个基元独立，同时显示，利于摄像头拍摄。因此考虑用工业摄像头采集液晶显示器的图像信息并进行测算来代替圆光栅盘或编码盘进行角位移的测量。利用工业摄像头或液晶显示器跟随旋转体进行转动时，工业摄像头与旋转轴偏心，可以清楚拍下整个过程中若干个拍摄图像，结合各个图像中的信息计算出角位移。
[0005]利用上述的测量处理过程，各拍摄图像(即拍摄过程中各个时刻的摄像头视场)中各个点在其所在的摄像头视场内的相对位置可以精确测量。由于一个摄像头的摄像头视场有限，要想完整将整个液晶显示器纳入拍摄范围内，需要进行远距离拍摄，这样拍摄的清晰度达不到要求。而要结合若干个图像需要知道各个点的绝对位置，就无法实现。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明提出一种液晶显示器的摄影测量方法，实现工业摄像头近距离拍摄液晶显示器时，也可实现对液晶显示器上各个点在整个液晶显示器屏幕上的所处位置的精确测量。同时提出一种利用工业摄像头和液晶显示器结合上述摄影测量算法实现测量角位移的方法。
[0007]本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是:
[0008]一种液晶显示器的摄影测量方法，用于测量液晶显示器上待测点的二维空间坐标，该待测点位于工业摄像头摄像头视场内，所述摄影测量方法包括以下步骤:
[0009]显示编码图案的步骤，在屏幕上显示任意一个图案使得液晶显示屏屏幕的每个像素都显示颜色，该步骤包括:
[0010]I)取像幅大小为mXn液晶显示器屏幕的某一像素作为坐标原点，建立二维坐标系，得出其他各像素的坐标；
[0011]2)将该屏幕用第一颜色分成若干个大小为m' Xn'的矩形区域，其中m'=log2m，n' = log2n ；
[0012]3)每个矩形区域用二进制编码，每个矩形区域得到唯一的二进制编码序列，该二进制编码通过采用将第二颜色和第三颜色组合排列，其中第二颜色和第三颜色分别表示O和I;
[0013]粗定位步骤，利用工业摄像头进行摄影测量，得到工业摄像头正对的待测点所在的一矩形区域在屏幕上的位置，进而得到待测点附近各像素的坐标；
[0014]精确定位步骤，利用工业摄像头本身的像素来结算出更精确的位置，测量待测点距离其附近各像素的相对位置，计算得出该待测点的坐标。
[0015]采用上述方法，先利用粗定位步骤计算出待测点所在像素在整个液晶显示屏屏幕的绝对位置、或者待测点旁边的像素在整个液晶显示屏屏幕的绝对位置，再利用现有技术中的图像测量处理方法得出待测点相对各像素的相对位置，得出待测点的精确坐标。
[0016]如上所述的摄影测量方法，为了方便区分，所述第一种颜色、第二种颜色、第三种颜色各不相同，它们分别为红、绿、蓝中的一种。
[0017]所述粗定位步骤中，还包括利用工业摄像头摄影测量得到待测点所在的一矩形区域及其相邻的任两个矩形区域的位置，从而实现对该待测点所在的矩形区域是正立还是倒立的判断。由于每个矩形区域的编码唯一，通过周围的矩形区域的排布可以知道该矩形区域的当前方向。
[0018]本发明还公开了一种利用上述摄影测量方法测量角位移的方法，取当前摄像头视场的中心点作为待测点，该方法的其中一种方案是将液晶显示器固定在待测装置上，该方案所述的方法包括:液晶显示器固定在待测装置的旋转端跟随旋转端一起旋转，利用所述摄影测量方法至少测得初始位置处的摄像头视场中心点坐标、最终位置处的摄像头视场中心点坐标、及初始位置与最终位置之间的任意一摄像头视场中心点的坐标，计算得出角位移；其中所述液晶显示器的屏幕平面与旋转端的旋转中心轴垂直，工业摄像头安装在正对液晶显示器位置上且相对旋转端的旋转中心轴偏心设置。
[0019]如上所述的摄影测量方法，所述液晶显示器通过导电滑环供电显示编码图案。
[0020]上述的测量角位移的方法，另一种方案是将工业摄像头固定在待测装置上，该方案所述的方法包括:工业摄像头固定在待测装置的旋转端跟随旋转端一起旋转，利用所述摄影测量方法至少测得初始位置处的摄像头视场中心点坐标、最终位置处的摄像头视场中心点坐标、及初始位置与最终位置之间的任意一摄像头视场中心点的坐标，计算得出角位移；其中所述工业摄像头相对旋转端的旋转中心轴偏心设置，液晶显示器安装在正对工业摄像头的位置上且其屏幕平面与旋转端的旋转中心轴垂直。
[0021]如上所述的摄影测量方法，所述液晶显示器通过导电滑环供电显示编码图案。
[0022]工业摄像头摄像头视场的中心点在待测装置转动过程中做的是圆周运动，做多位置的测量，至少测量出上述所述的三个点，利用这三个点可以计算出圆心，计算圆心后，可以确定张角，得出角位移。同时由于需要计算圆心，理想话的圆心应与旋转轴的中心对应，通过偏离的程度可以判断圆周运动的质量。
[0023]本发明能够产生的有益效果:本发明所述的液晶显示器的摄影测量方法，可在近距离拍摄中，得出待测点在整个液晶显示器屏幕上的位置；利用本发明所述的摄影测量方法测量角位移，不仅成本低，而且在安装上有优势，同时相比较圆光栅或编码器测量角位移时必须采用联轴器，本发明所述的方法为非接触测量，可以去掉联轴器对测量精度的损失，有效提高测量精度。
【附图说明】
[0024]附图1为液晶显示器屏幕的编码方案示意图。
[0025]附图2为工业摄像头视场示意图。
[0026]附图3为实施例1中测量角位移的装置示意图。
[0027]附图4为实施例2中测量角位移的装置示意图。
[0028]其中:1、摄像头视场；2、像素；3、视场中心点；4、液晶显示器；5、待测装置；6、旋转立而；7、工业摄像头；8、旋转中;L.、轴；
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0030]实施例1
[0031]本发明公开一种液晶显示器的摄影测量方法，用于测量液晶显示器上待测点的二维空间坐标，该待测点位于工业摄像头的摄像头视场I内，本实施例中待测点为摄像头视场的中心点。
[0032]其中液晶显示屏采用现在常用的液晶显示屏。新的oled的显示屏正在发展，性价比不是很好，但也是可以使用的。各种大小不同的液晶屏幕，比如手机液晶屏，也是可以使用的。工业摄像头也是常用的，配合适的镜头可以在合适大小的视场(类似工具显微镜的工作情况)下显微级别看物体。各种大小的摄像头，比如手机行业的微型摄像头，也是可以使用的。本方法就是用这两种常用的器件结合起来实现显示器屏幕大小范围的二维空间的精密定位测量。
[0033]液晶屏幕本身是高精度半导体元器件，本方法利用液晶屏幕上基础像素的一致性和均匀性，以基础像素作为测量解算的离散标志。由于像素的均匀一致，让我们直接无法分辨像素距离原点的位置。由于液晶屏的像素可以显示不同的颜色，也可以显示不同的灰度，这样就可以和摄像头配合用编码图案来确定摄像头和单个基础像素的位置关系。如果充分利用颜色和灰度，可以提高编码的效率，用最少附近像素集合(以下称像素集合)就可以识别这个像素集合在屏幕上的距离原点的位置，然后再分辨集合内的单个像素的位置，就可以知道单个像素距离原点的位置。由于显示灰度被摄像头再采集会导致灰度层级损失，因此使用灰度参与编码要屏幕和摄像头配合。但使用灰度做编码可以明显提高编码效率，让最小识别像素集合使用的像素更少。本发明公开的测量方法编码图案采用不用灰度的编码方法，只用像素的RGB颜色，这样不涉及灰度，简洁明确。
[0034]所述摄影测量方法包括以下步骤:
[0035]I)显示编码图案的步骤，在屏幕上显示任意一个图案使得液晶显示屏屏幕的每个像素都显示颜色，取像幅大小为mXn液晶显示器屏幕的某一像素作为坐标原点，优选的可以以屏幕左上角为原点，建立二维坐标系，