(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210542787.9 (22)申请日 2022.05.18 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510090 广东省广州市越秀区东 风东 路729号 (72)发明人 蔡念　吴志良　欧伟程　翁志鹏　 陈卓杰　王晗　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 郑堪泳 (51)Int.Cl. G06V 10/44(2022.01) G06V 10/25(2022.01) G06V 10/28(2022.01) G06V 10/30(2022.01)G06V 10/82(2022.01) (54)发明名称 一种面向量子点 光栅尺的测量方法 (57)摘要 本发明提供一种面向量子点光栅尺的测量 方法， 该方法包括图像预处理， 码道检测， 码道骨 架提取， 位移测量等四个阶段； 首先对量子点光 栅尺码道图像进行滤波以及二值化等预处理； 然 后取得码道上下边缘的离散点后进行插值得到 码道轮廓从而完成对码道的检测； 根据得到的上 下边缘得到码道中线， 然后进行三角波拟合从而 得到码道骨架； 最后以三角波的顶 点作为码元边 界， 进行位移值的测量、 补偿、 去噪； 本发明方法 由粗到精， 计算出精细的位移值， 能够很好的针 对量子点光栅尺的图像特点进行位移值快速， 准 确地测量； 减少数据处理量， 加快算法运算速度； 所取得的波峰顶点即码元边界具有高稳定性， 能 够实现实时抑制测量噪声的效果， 具有抗噪声影 响的优点。 权利要求书3页 说明书11页 附图3页 CN 115409995 A 2022.11.29 CN 115409995 A 1.一种面向量子点 光栅尺的测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 对量子点 光栅尺码道图像进行 滤波以及二 值化预处理； S2： 取得码道上 下边缘的离散点后进行插值得到码道轮廓从而完成对码道的检测； S3： 根据得到的上 下边缘得到码道中线， 然后进行三角波拟合从而得到码道骨架； S4： 以三角波的顶点作为码元边界， 进行位移值的测量、 补偿、 去噪。 2.根据权利要求1所述的面向量子点光栅尺的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S2中， 对码道进行检测的具体过程是： 以图像清晰区域作为感兴趣区域ROI， 沿X轴每隔k个像素， 分别从ROI上下边缘从上往 下和从下往下寻找到第 一个二值化后为白色的像素点， 作为码道的边缘离散点[xi， yi]， 提 取到离散点后， 对上下边缘离散点进行三次样条插值， 流程如下， 先计算步长hi， 表达式如 式(1)： hi＝xi+1‑xi， i＝0， 1， 2， …， n    (1) 然后将边 缘离散点以及步长 hi代入矩阵方程(2)， 解得mi： 将mi代入式(3)、 (4)、 (5)、 (6)， 得到样条曲线的系数ai， bi， ci， di： ai＝yi    (3) 在每个子区间xi≤x≤xi+1中， 创建方程(7)， 将边缘离散点子区间中的值代入式(7)完 成插值： gi(x)＝ai+bi(x‑xi)+ci(x‑xi)2+di(x‑xi)3    (7) 得到上边 缘yul(x)与下边 缘ydl(x)。 3.根据权利要求2所述的面向量子点光栅尺的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S3中， 码道骨架提取的过程是：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115409995 A 2通过上边缘yul(x)与下边 缘ydl(x)得到码道中线yml(x)， 如式(8)： 再对码道中心用最小二乘法进行三角波拟合后得到码道骨架， 最小二乘拟合算法具体 实现如下： 取得码道中线数据(xi， yi)， 设它们之间应该满足三角函数关系yi＝f(xi)， 其中三角函 数关系如式(10)， 通过这些已知的信息， 需要确定函数f的参数a， b， c和T， 如果用p表 示函数 中需要确定的参数， 那么目标就是找到一组p， 使下面式(9)， S的值 最小： 4.根据权利要求3所述的面向量子点光栅尺的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 位移测量的过程是： 利用得到的码道骨架， 通过由粗到精的码道位移计算方法， 实现精确计算位移值Nxs满 足表达式(1 1)， 式中Nx1、 Nx2分别为位移粗、 细定位 值： Nxs＝Nx1+Nx2    (11)。 5.根据权利要求4所述的面向量子点光栅尺的测量方法， 其特征在于， 位移粗定位值的 计算过程是： 待尺子回零后， 以图像清晰区域作为感兴趣区域ROI， 通过上述方法得到码道骨架离 ROI左边界最近的一个上波峰的X轴坐标X0所在列作为固定观测位； 当尺子发生位移时， 所 拟合出的骨架波形相位会相应发生变化， 因此画面中X0位置所对应 的y值会随着尺子 的位 移而发生上 下变化； 测量过程中设立上下两个阈值Yu和Yd， 只有当观测位(X0， y)中的y值先小于Yd， 再大于 Yu， 才认为码道位移经 过了一个周期； 码道位移时， 每半个码元经过一次观测位， 计数器 相应累加一次， 作为粗测量值Nx1， Nx1满足式(12)， 其中Lp为码元长度： 6.根据权利要求5所述的面向量子点光栅尺的测量方法， 其特征在于， 位移细定位值的 计算过程是： 细分测量值Nx2则根据观测点距离最近的波峰距离来决定， 其中Lt为码道一个码元的物 理长度， Nx2满足式(13)， 其中 当前距离观测位(X0， y)最近的波峰的x轴坐标， Lpix为每个 像素所对应的物理长度： 7.根据权利要求6所述的面向量子点光栅尺的测量方法， 其特征在于， 步骤S4中， 得出 位移值后， 把数据输入径向基神经网络RBFNN， 得到非线性补偿后的更精确的位移值， 最后 把非线性补偿后的位移值输入到卡尔曼 滤波器中， 对位移值进行 滤波， 实时抑制测量噪声。 8.根据权利要求7所述的面向量子点光栅尺的测量方法， 其特征在于， 步骤S4中， 使用权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115409995 A 3