(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书 | ||
(10)申请公布号 CN 103033148 A (43)申请公布日 2013.04.10 | ||
(21)申请号 CN201210536818.6
(22)申请日 2012.12.12
(71)申请人 东华大学
地址 201620 上海市松江区松江新城人民北路2999号
(72)发明人 钟平 胡睿 张康 谭庆新 叶韬 杨晓冬 张常鹏
(74)专利代理机构 上海泰能知识产权代理事务所
代理人 宋缨
(51)Int.CI
G01B11/26
权利要求说明书 说明书 幅图 |
(54)发明名称
(57)摘要
法律状态
法律状态公告日 | 法律状态信息 | 法律状态 |
权 利 要 求 说 明 书
1.一种基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置，包括光源（1）、平行光管、物镜（3）和分光棱镜（5），所述光源（1）发出的光通过平行光管上方的小孔（2）射入平行光管经过分光棱镜（5），再通过物镜（3）射到需要测量的反射面（6），其特征在于，所述反射面（6）反射后的光线经过分光棱镜（5）射到CMOS成像模组（4），所述CMOS成像模组（4）将收到的反射光点图像通过外围接口电路（9）传输到的嵌入式中央处理器（10）和光电触摸显示器（11），所述嵌入式中央处理器（10）对采集到的两个检测面的反射光点图像进行预处理，利用光点的强度和形状特征，搜索图像中的光点，并对检测出的目标区域进行锁定，再对光点进行精确定位，根据两帧反射光点图像计算出光点的相对位置关系，得到两个检测面的偏移角度。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置，其特征在于，所述嵌入式中央处理器（10）为由cortex-A8架构的嵌入式ARM中央处理器；嵌入式ARM中央处理器采用Android操作系统，应用开发是基于Android操作系统提供的JAVA虚拟机环境，并统一使用应用程序接口实现图像的采集控制、滤波、光点定位、角度计算及显示控制。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置，其特征在于，所述平行光管放置在多向可调节底座（8）上。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置，其特征在于，所述嵌入式中央处理器（10）、外围接口电路（9）以及光电触摸显示器（11）安装于一体并成盒体结构。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置，其特征在于，所述光源（1）为LED白光光源。
6.一种基于嵌入式图像信息处理技术的测角方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采集经过标定的反射面所反射的光点图像，以获取高精度测角系统的基准值，并采集
一背景图像进行保存；
（2）采集第一检测面的反射光点图像；
（3）对采集到的反射光点图像进行预处理；
（4）利用光点的强度和形状特征，搜索反射光点图像中的光点，并对检测出的目标区域进行锁定；
（5）在确定了光点的目标区域后，实现对光点进行精确定位；
（6）采集另一检测面反射光点图像，并重复步骤（3）-（5），计算光点位置；
（7）根据两帧反射光点图像的计算出光点的相对位置关系，得到两个检测面的偏移角度。
7.根据权利要求6所述的基于嵌入式图像信息处理技术的测角，其特征在于，所述步骤（3）中先采用差影方法，将反射光点图像中的背景减去，再采用中值滤波和带阻滤波算法对图像进行去噪处理。
8.根据权利要求6所述的基于嵌入式图像信息处理技术的测角，其特征在于，所述步骤（5）中分两步实现对光点进行精确定位，首先采用区域投影算法对光点进行像素级定位，再利用快速的二维高斯拟算法实现对光点进行亚像素级精确定位。
说 明 书
技术领域
本发明涉及精密仪器技术领域，特别是涉及一种基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置和方法。
背景技术
自准是一种高精度的角度测量方法，它将光学自准直成像技术和图像处理技术相结合，实现一定范围内平面角度的微量变化的精密测量。在实现小角度的多维、非接触测量中具有独特的优点，被广泛应用于导轨平台的直线度、精密平台的平面度等测量领域，是机械、计量、科学研究等部门必备的常规测量仪器，在精密、超精密测量方面有极为重大的作用。
精密光机工程的发展对测角精度、便捷性和移动性要求越来越高，因此对光电自准直仪准的要求也越来越高。而与此同时，国内、外的相关产品在移动性或精确程度上都有或多或少的不足之处，特别是应用于航空航天、船舶、军工等要求精密度极高、应用环境特殊的行业，例如超精密机械加工工业的质量保证（平直度、平面度、垂直度、平行度等）、计量检定行业中，角度测试标准、棱镜角度定位及监控、光学元件的测试及安装精度控制等等。光学自准直方式直接或利用测微装置或可动分划板从分划板或读数鼓轮上读出角度的分值和秒值。采用这种方式，仪器精度显然难于满足很多应用场合的要求。而光电自准直方式则以光电瞄准对线代替人工瞄准对线，其精度较传统自准直仪有所提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置和方法，实现方便、准确、快速地检测导轨平台的直线度、精密平台的平面度等面与面之间的相对角度测量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于嵌入式图像信息处理技术的测角装置，包括光源、平行光管、物镜和分光棱镜，所述光源发出的光通过平行光管上方的小孔
射入平行光管经过分光棱镜，再通过物镜射到需要测量的反射面，所述反射面反射后的光线经过分光棱镜射到CMOS成像模组，所述CMOS成像模组将收到的反射光点图像通过外围接口电路传输到的嵌入式中央处理器和光电触摸显示器，所述嵌入式中央处理器对采集到的两个检测面的反射光点图像进行预处理，利用光点的强度和形状特征，搜索图像中的光点，并对检测出的目标区域进行锁定，再对光点进行精确定位，根据两帧反射光点图像计算出光点的相对位置关系，得到两个检测面的偏移角度。
所述嵌入式中央处理器为由cortex-A8架构的嵌入式ARM中央处理器；嵌入式ARM中央处理器采用Android操作系统，应用开发是基于Android操作系统提供的JAVA虚拟机环境，并统一使用应用程序接口实现图像的采集控制、滤波、光点定位、角度计算及显示控制。
所述平行光管放置在多向可调节底座上。
所述嵌入式中央处理器、外围接口电路以及光电触摸显示器安装于一体并成盒体结构。
所述光源为LED白光光源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于嵌入式图像信息处理技术的测角
方法，包括以下步骤：
（1）采集经过标定的反射面所反射的光点图像，以获取高精度测角系统的基准值，并采集一背景图像进行保存；
（2）采集第一检测面的反射光点图像；
光电信息科学与工程就业方向（3）对采集到的反射光点图像进行预处理；
（4）利用光点的强度和形状特征，搜索反射光点图像中的光点，并对检测出的目标区域进行锁定；
（5）在确定了光点的目标区域后，实现对光点进行精确定位；
（6）采集另一检测面反射光点图像，并重复步骤（3）-（5），计算光点位置；
（7）根据两帧反射光点图像的计算出光点的相对位置关系，得到两个检测面的偏移角度。
所述步骤（3）中先采用差影方法，将反射光点图像中的背景减去，再采用中值滤波和带阻滤波算法对图像进行去噪处理。
所述步骤（5）中分两步实现对光点进行精确定位，首先采用区域投影算法对光点进行像素级定位，再利用快速的二维高斯拟算法实现对光点进行亚像素级精确定位。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明能将角度测量转换为光点位置的定位，并具有实时性强、测量过程直观，测量精度高及操作、使用方便等特点。采用高精度的CMOS成像模组，能实现高精度的自准直仪，并在其基础上引入嵌入式Android操作系统，可在兼顾精度的基础上大大减少设备体积，脱离计算机的限制、方便地应用各种场合和检测环境。本发明将嵌入式系统引入精密的光学测量方式，提升精密测量角度的科技含量，在最大限度的利用仪器测量精度的同时，减小体积，增加便携程度，使仪器更广泛地适用于各种光学精密测量领域。该发明在生产、科研、教学，医疗等领域也有重要的实际应用价值。
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