专利名称：高精度角度测量的光学图形方法
技术领域：
本发明涉及的是一种基于光学原理进行角度高精度动态测量的方法。
背景技术：
角度是几何量最基本的参量之一，也是一个非常重要的计量单位，角度测量在国 民经济和国防建设中具有广泛的应用和重要的作用。测角技术中研究最早的是机械式和电 磁式测角技术，如多齿分度台和圆磁栅等，这些方法的主要缺点大多为手工测量，不容易实 现自动化，测量精度受到限制，在许多地方已经不能适应新的发展。圆光栅是角度测量中最 常用的器件之一。作为角度测量基准的光栅可以用平均读数原理来减小由分度误差和安装 偏心误差引起的读数误差，因此其准确度高、稳定可靠。另外圆光栅法具有高精度和动态快 速测量的特点，但由于国内工艺和制造水平的限制，应用受到了很大的限制。

发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，实用性强且可进行高精度测量角度的全新 测量方法。该测量方法便于操作人员或通过数字图像处理技术对角度以及其方向进行分 辨；其工作原理是将光学目标1经过成像系统2后利用图像探测器3进行图像采集，采集 到的图像利用图像处理系统4进行处理、分析。由于光学目标1是具有方向性的图形(如 T字，等腰三角形等)，所以成像可以很容易的对角度方向进行分辨。本发明的技术提供一种高精度角度测量的光学图形方法首先，在待测光学目标 前方依次设置光学成像系统2、图像探测器3及图像处理系统4，其中光学目标1通过光学 成像系统2和图像探测器3的成像面共轭；其次，将光学目标1经过成像系统2后利用图像 探测器3进行图像采集，采集到的图像利用图像处理系统4进行处理和分析。所述光学目标是具有方向性的任意图形。所述光学成像系统2可以是透镜，小孔等任何光学成像系统。所述图像探测器3是(XD、CM0S等通过光电转换，将图像转换为数字数据的图像传 感器。所述图像处理系统4可以是高速动态数字处理系统或计算机等。该测量方法可以通过选择采用合适的部件，比如光学目标形式、光学成像系统像 差性能、高精度高分辨率图像探测器、高速动态数字处理系统或计算机以及相应软件算法 达到所需求的超高精度、实时高速和高分辨力的性能。可以采用亚微米阵列图像探测器、先 进深亚像元算法达到足够高的测量精度。本发明的优点是，结构原理简单、适用范围广、容易操作、辨识成像方向快速准确， 可以实现整周角度测量等。


图1为原理说明图2_a为成像系统为透镜的成像示意图；图2_b为成像系统为小孔的成像示意图；图3为传统十字图形成像；图4为图3目标经过一定角度旋转后的成像；图5为T字型目标的图形成像；图6为图5目标经过一定角度旋转后的成像。其中1为光学目标；2为光学成像系统；3为图像探测器；4为图像处理系统；5为 透镜；6为小孔。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述一种高精度角度测量的光学图形方法首先，在待测光学目标前方依次设置光学 成像系统2、图像探测器3及图像处理系统4，其中光学目标1通过光学成像系统2和图像 探测器3的成像面共轭；其次，将光学目标1经过成像系统2后利用图像探测器3进行图像 采集，采集到的图像利用图像处理系统4进行处理和分析。所述光学目标1为具有方向性 的任意图形。该测量方法便于操作人员或通过数字图像处理技术对角度以及其方向进行分辨; 其工作原理是将光学目标1经过成像系统2后利用图像探测器3进行图像采集，采集到的 图像利用图像处理系统4进行处理、分析。由于光学目标1是具有方向性的图形(如T字， 等腰三角形等)，所以成像可以很容易的对角度方向进行分辨。图3及图4为传统光学目标在角度变换前后所成的两个像，其中图4是图3经过 角度变换后所成的图像。如图所示，在这样的情况下，很难分辨图形是向哪个方向进行了多 大角度的旋转，唯一的方法便是通过监测旋转过程来对旋转方向进行判断。图5及图6为T字型的图形在角度变换前后所成的两个像，其中图6是图5经过 角度变换后所成的图像。如图所示，在这种情况下，我们可以一眼分辨出目标是向哪个方向 进行了旋转，对于判断角度旋转的方向快速且准确。附图3，4，5，6的图框代表图形探测器3的图像，其中的每一个网格的交点便是一 个探测元，当被测像大于探测器的分辨率时，每一个像都会占有1个或多个探测元。这时， 图像探测器3会对图像进行采集，采集到的图像通过使用计算机或是专用图像处理分析系 统进行处理、分析。而当我们需要提高(或者降低)精度时，可通过简单的更换图形探测器， 即提高(或者降低)探测器的分辨率来实现。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所 提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
高精度角度测量的光学图形方法，其特征在于首先，在待测光学目标前方依次设置光学成像系统(2)、图像探测器(3)及图像处理系统(4)，其中光学目标(1)通过光学成像系统(2)和图像探测器(3)的成像面共轭；其次，将光学目标(1)经过成像系统(2)后利用图像探测器(3)进行图像采集，采集到的图像利用图像处理系统(4)进行处理和分析。
2.如权利要求1所述高精度角度测量的光学图形方法，其特征在于所述光学目标是 具有方向性的任意图形。
3.如权利要求1所述高精度角度测量的光学图形方法，其特征在于所述光学成像系 统(2)是透镜、小孔或其它光学成像系统。
4.如权利要求1所述高精度角度测量的光学图形方法，其特征在于所述图像探测器 (3)是(XD、CM0S等通过光电转换，将图像转换为数字数据的图像传感器。
5.如权利要求1所述高精度角度测量的光学图形方法，其特征在于所述图像处理系 统(4)是高速动态数字处理系统或计算机。
全文摘要
本发明公开了一种高精度角度测量的光学图形方法首先，在待测光学目标前方依次设置光学成像系统、图像探测器及图像处理系统，其中光学目标通过光学成像系统和图像探测器的成像面共轭；其次，将光学目标经过成像系统后利用图像探测器进行图像采集，采集到的图像利用图像处理系统进行处理和分析。本发明的优点是，通过选择采用合适的部件以及相应软件算法达到所需求的超高精度、实时高速和高分辨力的性能。可以采用亚微米阵列图像探测器、先进深亚像元算法达到足够高的测量精度。并且本发明结构原理简单、适用范围广、容易操作、辨识成像方向快速准确，可以实现整周角度测量等。
文档编号G01B11/26GK101936719SQ20101026116
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者高文, 黄育争 申请人:西安昂科光电有限公司