CN116164645B - 一种绝对位置检测方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝对位置检测方法、装置、设备及存储介质，应用于绝对位置检测技术领域，包括基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据；根据线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据；根据二值化阈值将标准采样数据二值化，得到方波数据，并对方波数据进行解码，得到编码序列；根据编码序列确定初始位置值；根据二值化阈值，对标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量；根据初始位置值和偏移量，确定绝对位置，从而得到精确的绝对位置，实现基于图像传感技术的绝对位置检测。
Description
技术领域
本发明涉及绝对位置检测技术领域，特别是涉及一种绝对位置检测方法、一种绝对位置检测装置、一种绝对位置检测设备以及一种计算机可读存储介质。
背景技术
从编码器的工作原理角度划分，编码器可以分为光电式，磁电式和触点电刷式，其中以光电式，磁电式较为常见。此类编码器主要都是对不同的脉冲信号做计数来表示位移量，从而来旋转角度等信息。除了上述方法之外，还有基于视觉图像进行的位移量的计算，其所采集的信号是图像数据。此类编码器的CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)或者CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)传感器会对有绝对位置编码的码盘进行图像捕获，然后数据处理器会对采集的图像数据进行算法处理，从而得到绝对的高精度位置信息。
目前国内高精度的基于图像传感技术的绝对位置编码几乎还没有，光栅尺与激光位移等产品相对也比较少，各家采用的技术方案也千差万别。所以如何提供一种基于图像传感技术的绝对位置检测方法是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种绝对位置检测方法，可以基于图像传感技术准确的检测出绝对位置；本发明的另一目的在于提供一种绝对位置检测装置、一种绝对位置检测设备以及一种计算机可读存储介质，可以基于图像传感技术准确的检测出绝对位置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种绝对位置检测方法，包括：
基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据；
根据所述线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将所述采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据；
根据二值化阈值将所述标准采样数据二值化，得到方波数据，并对所述方波数据进行解码，得到编码序列；
根据所述编码序列确定初始位置值；
根据所述二值化阈值，对所述标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量；
根据所述初始位置值和所述偏移量，确定绝对位置。
可选的，将所述采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据包括：
基于等比例换算，将所述像素点采集的实际采样值，根据对应的实际灰度空间，换算为同一标准灰度空间中的标准采样值，确定所述标准采样数据。
可选的，在将所述标准采样数据二值化之前，还包括：
根据噪声点邻域的采样值，调整所述噪声点对应的采样值。
可选的，所述根据所述编码序列确定初始位置值包括：
将所述编码序列转换为十进制数；
根据预设的编码表，基于二分法查找所述编码表中所述十进制数对应的初始位置值；所述编码表为根据十进制数的大小进行排序的表格。
可选的，所述根据所述二值化阈值，对所述标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量包括：
将所述二值化阈值作为横坐标，确定从所述标准采样数据中选取的位序列所形成抛物线与所述横坐标的两个交点；
以两个所述交点的中间值所对应的像素点作为目标像素点，确定所述目标像素点与基准像素点之间的差分，作为所述偏移量。
可选的，所述确定从所述标准采样数据中选取的位序列所形成抛物线与所述横坐标的两个交点包括：
基于亚像素线性差值法，确定从所述标准采样数据中选取的位序列与所述横坐标的两个交点。
可选的，其特征在于，在将所述标准采样数据二值化之前，还包括：
统计所述采样数据或所述标准采样数据中，不在极值区间内的采样值做连续梯度变化的个数；
当所述个数不小于预置个数时，进行污染物告警。
本发明还提供了一种绝对位置检测装置，包括：
获取模块，用于基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据；
灰度空间统一模块，用于根据所述线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将所述采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据；
编码序列模块，用于根据二值化阈值将所述标准采样数据二值化，得到方波数据，并对所述方波数据进行解码，得到编码序列；
初始位置模块，用于根据所述编码序列确定初始位置值；
偏移量模块，用于根据所述二值化阈值，对所述标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量；
绝对位置模块，用于根据所述初始位置值和所述偏移量，确定绝对位置。
本发明还提供了一种绝对位置检测设备，所述设备包括：
存储器：用于存储计算机程序；
处理器：用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述绝对位置检测方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述绝对位置检测方法的步骤。
本发明所提供的一种绝对位置检测方法，包括：基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据；根据线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据；根据二值化阈值将标准采样数据二值化，得到方波数据，并对方波数据进行解码，得到编码序列；根据编码序列确定初始位置值；根据二值化阈值，对标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量；根据初始位置值和偏移量，确定绝对位置。
在通过线性光学传感器获取到采样数据之后，会先根据各个像素点的实际灰度空间，将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据，以统一各个像素点采样值的极大极小值；在此基础上，对标准采样数据二值化并进行解码，可以得到编码序列，基于编码序列可以得到粗定位的初始位置值；之后再对选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分作为偏移量，基于该偏移量对初始位置值进行修正，可以得到精确的绝对位置，实现基于图像传感技术的绝对位置检测。
本发明还提供了一种绝对位置检测装置、一种绝对位置检测设备以及一种计算机可读存储介质，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种绝对位置检测方法的流程图；
图2为圆型应用示意图；
图3为直线型应用示意图；
图4为第一采样数据分布图；
图5为校正前不同像素点灰度空间示意图；
图6为抛物线拟合示意图；
图7为本发明实施例所提供的一种具体的绝对位置检测方法的流程图；
图8为灰度空间转换示意图；
图9为校正前采样数据的示意图；
图10为矫正后标准采样数据的示意图；
图11为二值化后方波数据示意图；
图12为亚像素线性插值示意图；
图13为污染信号的示意图；
图14为本发明实施例所提供的一种绝对位置检测装置的结构框图；
图15为本发明实施例所提供的一种绝对位置检测设备结构框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种绝对位置检测方法。在现有技术中，目前国内高精度的基于图像传感技术的绝对位置编码几乎还没有，光栅尺与激光位移等产品相对也比较少，各家采用的技术方案也千差万别。
而本发明所提供的一种绝对位置检测方法，包括：基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据；根据线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据；根据二值化阈值将标准采样数据二值化，得到方波数据，并对方波数据进行解码，得到编码序列；根据编码序列确定初始位置值；根据二值化阈值，对标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量；根据初始位置值和偏移量，确定绝对位置。
在通过线性光学传感器获取到采样数据之后，会先根据各个像素点的实际灰度空间，将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据，以统一各个像素点采样值的极大极小值；在此基础上，对标准采样数据二值化并进行解码，可以得到编码序列，基于编码序列可以得到粗定位的初始位置值；之后再对选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分作为偏移量，基于该偏移量对初始位置值进行修正，可以得到精确的绝对位置，实现基于图像传感技术的绝对位置检测。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1至图6，图1为本发明实施例所提供的一种绝对位置检测方法的流程图；图2为圆型应用示意图；图3为直线型应用示意图；图4为第一采样数据分布图；图5为校正前不同像素点灰度空间示意图；图6为抛物线拟合示意图。
参见图1，在本发明实施例中，绝对位置检测方法包括：
S101：基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据。
首先本实施例所提供的一种绝对位置检测方法具体应用在基于图像传感技术的绝对位置编码，而基于图像传感技术的绝对位置编码器的基本结构包括光学标尺(伪随机编码码盘)、光源(通常为点光源，发出可见光或者不可见光)、线阵光学传感器，例如线阵CMOS或者CCD传感器。有关线阵光学传感器的具体种类在本发明实施例中不做具体限定，视具体情况而定。上述线阵光学传感器通常包括沿一条直线排布的多个像素点，上述光源通常为点光源，其具体可以为LED光源等等，点光源通常设置在线阵光学传感器的中部，用于提供光线。而在应用过程中上述光源以及线阵光学传感器需要配合光学标尺，例如随机编码码盘等使用。上述光学标尺通常包括按预设顺序排列的反光区以及非反光区，上述反光区以及非反光区通常呈条状，在上述光源的照射下，可以使得线阵光学传感器获取到“白”“黑”信号。在实际情况中本申请提供的光学标尺、光源、线阵光学传感器有如下两种情况，图2是圆形应用方式，如旋转编码器、电机类编码器系统；图3是直线型应用方式，如直线编码器或光栅尺系统。
而在本步骤中具体会促使光源发射光线照射到光学码盘，即上述光学标尺，然后基于线性光学传感器获取光学码盘所发射的光线，此时线性光学传感器中的每个像素可以产生采样值，形成采样数据。
需要说明的是，本获取步骤应用在线性光学传感器连接的如FPGA等高速AD采样单元，通过线性光学传感器采集当前环境下光学码盘所反射的光线。在本实施例中各个像素点所采集的采样值通常为其灰度空间中的一个灰度值。而下述步骤通常作为数据处理单元，应用在如DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)或者ARM(Advanced RISCMachines)等嵌入式系统平台。
S102：根据线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据。
在本申请的绝对位置编码器中，由于光源照射的朗伯特性，采集的数据会呈现中间信号强，两边信号逐渐递减的特性，因此线阵光学传感器中内个像素点对应物理空间的灰度空间范围是不一致的，整体随着光源光量的分布也呈现中间灰度空间范围宽，两边灰度空间范围窄的特性。
在本步骤之前需要先预先测量线性光学传感器中各个像素点的灰度空间，即实际灰度空间。在测量时首先需要准备一个测量板，在测量板表面设置反光区以及非反光区，通常情况下上述校正板表面一半为反光区(模拟码盘的“白”色条纹)另一半为不反光区(模拟码盘的“黑”色条纹)。而在测量线性光学传感器各个像素点的灰度空间时，具体会先控制线性光学传感器跨置校正板的反光区与非反光区，通常使得线阵光学传感器一半的像素点置于反光区，另一半像素点置于非反光区。之后控制线性光学传感器采集当前环境下的数据，得到第一采样数据，此时整体数据排列基本上如图4所示，在中间区间有明显的极性从黑到白的跳变过程。此时上位机3可以通过算法分析此数据，检测其中是否有差分较大的数据跳变，以及极性两端点极值的区间大小[Gmin，Gmax]。
如果两极性值区间太小，我们可以结合线性光学传感器的内置参数的特性，适当同步调节线性光学传感器的曝光值，亮度增益等拍摄参数，尽可能使Gmin与Gmax之间的区间拉大，但又要保持整体数据在[0，255]区间之内，同时避免过曝光等现象的出现。过曝光现象的明显标志是，采样曲线的最高点区间连续多个点维持在255值。
在对线性光学传感器进行调整之后，可以控制线性光学传感器正对采样板的反光区，之后通过线性光学传感器采集当前环境下的数据，得到第二采样数据，也即每个像素点对应的码盘中“白”的亮度采样值。此时可以先根据第二采样数据的方差以及分布特性，确定所述第二采样数据的是否有效。具体的，可以通过计算整组数据的方差，即求得各个像素点的采样值与平均采样值的差的平方，该方差值反应了反光区下线阵光学传感器的光量波动，方差值越大，说明波动越大；另外结合整体数据特性，即若第二采样数据依然呈现中间采样值大，两端采样值小的特性，说明此时的第二采样数据有效，可以记录。
同样在对线性光学传感器进行调整之后，可以控制线性光学传感器正对采样板的非反光区，之后由线性光学传感器采集当前环境下的数据，得到第三采样数据，也即每个像素点对应的码盘中“黑”的亮度采样值。而对于该第三采样数据有效性的判断可以参考上述对第二采样数据有效性的判断，其具体可以根据第三采样数据的方差以及分布特性，确定所述第三采样数据的是否有效。具体的，通过计算整组数据的方差，该方差值反应了非反光区下线线性光学传感器的光量波动，方差值越大，说明波动越大；另外结合整体数据特性，即若第三采样数据依然呈现中间采样值大，两端采样值小的特性，说明此时的第三采样数据有效，可以记录。
参见图5，根据上述第二采样数据与第三采样数据，就可以确定线阵光学传感器中各个像素点所对应的实际灰度空间。在确定了第二采样数据以及第三采样数据之后，整个校正系统已经获取了每个像素点物理位置对应位置下从暗到明亮区间的光量值，具体如图5所示，其可以记为[Gmin，Gmax]。数据整理后，如表1：
表1、整理后的灰度空间表格
| 像素位置序号 | 黑色 | 白色 | 区间差值 |
| 1 | G1min | G1max | G1max-G1min |
| 2 | G2min | G2max | G2max-G2min |
| 3 | G3min | G3max | G3max-G3min |
| …… | …… | …… | …… |
在本实施例中，上述实际灰度空间具体可以存储于线性光学传感器所连接的闪存等存储设备，使得在本步骤中可以根据线阵光学传感器中各个像素点获取的实际采样值，以及对应的所述实际灰度空间，确定在同一标准灰度空间中各个所述像素点对应的标准采样值。
在本步骤中，可以直接调用各个像素点所对应的实际灰度空间，将上述采样数据中各个像素点所获取的实际采样值，根据其对应的实际灰度空间，转换成同一标准灰度空间中的标准采样值，形成标准采样数据。其具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本步骤中将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据后，各个标准采样值对应同一个灰度空间，即此时各个像素点对应的采样值的极大值与极小值相同，从而将局部极值大小不均衡的信号，处理成了极值大小统一均衡的信号。
S103：根据二值化阈值将标准采样数据二值化，得到方波数据，并对方波数据进行解码，得到编码序列。
在本步骤中首先可以对标准采样数据二值化确定出“黑”“白”两种数数值，得到二值化后的方波数据。此时根据包括“黑”“白”两种数值的方波信号，可以将“黑”数值转换为0，将“白”数值转换为1，得到一连串01构成的编码序列。由于光学码盘通常使用的是根据一定码长的伪随机码编码，所以该编码序列是不重复的伪随机码，可以保证其唯一性。
S104：根据编码序列确定初始位置值。
在本步骤中通常需要基于查表法，通过预先建立的编码表查询该编码序列对应的初始位置值。例如若光学码盘为圆形光学码盘，则通过查表可以确定上述编码序列具体对应的角度。需要说明的是，此时确定出的初始位置值为粗位置值，在后续步骤中需要计算偏移量对该初始位置值进行修正。
S105：根据二值化阈值，对标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量。
参见图6，由于线阵光学传感器的物理像素点之间是有固定的像素间距，实际通过线阵光学传感器采样的图像是离散化的数据。为了实现高精度偏移量的计算，在本步骤中需要先从标准采样数据中选取一个或多个位序列，之后以上述二值化阈值作为横坐标，对选取的位序列进行抛物线拟合。上述位序列通常为一个编码位，在抛物线拟合后，可以确定出抛物线的最高点，进而可以确定出抛物线最高点对应像素点，在本实施例中会称为目标像素点Pi。而在本实施例中会先预设选取一个像素点作为基准像素点。对于线性光学传感器来说，通常为选择线性光学传感器中位于中点的像素点作为基准像素点。由于线性光学传感器可采集的物理宽度，以及两边缘采集信号质量的下降，一般选取中间像素(如分辨率为512的CMOS中间像素为256像素点)作为基准像素点P0。在本步骤中具体会计算抛物线最高点对应的目标像素点Pi，与图像的基准像素点P0之间的差分，作为光学码盘在图像里精确的偏移量。
通过上述基于亚像素的抛物线最高点检测方式，省去基准像素点与极性发生变化像素点之间距离的判断，通过对一个编码位的整体做抛物线拟合，计算亚像素级别的偏移量。作为优选的，在本实施例中可以对多个编码位整体求各个编码位的偏移量，最后通过算术平均的方式，确定整体的偏移量。
S106：根据初始位置值和偏移量，确定绝对位置。
在本步骤中具体可以将上述偏移量结合码盘的行进方向以及上述计算的初始位置值做相应的加减，即完成了对位置信息的精确定位，确定出绝对位置并输出。
本发明实施例所提供的一种绝对位置检测方法，在通过线性光学传感器获取到采样数据之后，会先根据各个像素点的实际灰度空间，将采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据，以统一各个像素点采样值的极大极小值；在此基础上，对标准采样数据二值化并进行解码，可以得到编码序列，基于编码序列可以得到粗定位的初始位置值；之后再对选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分作为偏移量，基于该偏移量对初始位置值进行修正，可以得到精确的绝对位置，实现基于图像传感技术的绝对位置检测。
有关本发明所提供的一种绝对位置检测方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。
请参考图7至图13，图7为本发明实施例所提供的一种具体的绝对位置检测方法的流程图；图8为灰度空间转换示意图；图9为校正前采样数据的示意图；图10为矫正后标准采样数据的示意图；图11为二值化后方波数据示意图；图12为亚像素线性插值示意图；图13为污染信号的示意图。
参见图7，在本发明实施例中，绝对位置检测方法包括：
S201：基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据。
本步骤与上述发明实施例中S101基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。
S202：基于等比例换算，将像素点采集的实际采样值，根据对应的实际灰度空间，换算为同一标准灰度空间中的标准采样值，确定标准采样数据。
本步骤主要用于实现对采样数据灰度空间均衡化的ISP(Image SignalProcessor，图像信号处理)校正处理，在本步骤中对于一个像素点来说，其对应的实际灰度空间的范围区间值为[Gmin，Gmax]，该像素点在S201中采集到实际采样值为Greal，在本步骤中可以通过等比例换算将实际采样值Greal换算到统一的标准灰度空间，比如一般数字图像领域的[0，255]灰度空间，在本步骤中需要先基于各个实际采样值计算其对应的比例系数k＝(Greal-Gmin)/(Gmax-Gmin)，在计算转换后的标准灰度值G＝k×255。此时可以统一各个像素点所对应的灰度空间，其结果如图8所示。而对比图9以及图10可以看出，本步骤将原始的采样数据转换为校准后的标准采样数据，可以将局部极值大小不均衡的信号，处理成了极值大小统一均衡的信号，实现采样数据的校正。在本步骤中通过线性比例换算方式，使得不同光量下采集的信号处于同一个灰度色彩空间，使得不同位置区间下不同的极大值极小值的，都得到了均衡化的处理，局部极值可以达到同样大小，方便后续算法的应用处理。
S203：根据噪声点邻域的采样值，调整所述噪声点对应的采样值。
在本步骤中可以从另一方面进行ISP处理，在本步骤中主要进行噪点的异常处理。线阵光学传感器在实际采样中，对于异常像素点的处理，可以通过邻域内的像素进行中值，均值等滤波处理，将孤立的噪声点通过相邻像素点所采集的采样值做合理的估算，即在本步骤中需要根据噪声点邻域的采样值，对噪声点对应的采样值进行调整，以消除噪声点。相应的，本步骤具体的处理过程可以与上述步骤同步执行，即通过边采样边并行处理的方式完成。
S204：根据二值化阈值将标准采样数据二值化，得到方波数据，并对方波数据进行解码，得到编码序列。
在本步骤中具体可以根据全局阈值法或者自适应阈值法将低于二值化阈值的像素设置为黑色，而其他的设置为白色，其结果如图11所示。需要说明的是图11中的波形以及对应编码序列并非对其具体限定，其仅为举例说明。
在得到方波数据之后，可以结合编码序列最小位序列的基本像素宽度进行编码序列的解码，也就是将二值化的数据译码成了类似101010110010101100101010……的序列。由于光学码盘通常使用的是根据一定码长的伪随机码编码，所以该编码序列是不重复的伪随机码，可以保证其唯一性。
S205：将编码序列转换为十进制数。
在基于查表法确定编码序列所对应的初始位置值时，为了加快检索速度，在本实施例中具体会基于二分法进行处理。具体的，在本步骤中首先会将上述计算得到的编码序列视为一二进制数，将其转换为十进制数。
S206：根据预设的编码表，基于二分法查找编码表中十进制数对应的初始位置值。
在本发明实施例中，所述编码表为根据十进制数的大小进行排序的表格。需要说明的是本实施例所使用的编码表与现有技术中的编码序列原始表在排序方式上并不相同。以圆形光学码盘计算角度为例，其编码序列原始表具体如表2所示：
表2、编码序列原始表
从表2中可以看出，编码序列原始表具体是角度值或者是序号进行排列假设光学码盘采用1024位来编码一圈，那么依次连续取18位序列，整个码盘编码序列可以形成表2的排列方式。在使用一般的查表法时，可以根据序号依次按角度的递进排列，而此时假如要匹配360°÷1024*1023角度时，需要搜索1024次，到最后一个才能匹配到。而本步骤具体会通过二分法查找模式，先将整个序列表按照表1的第三列编码序列对应的十进制数大小，从小到大依次排列，得到本步骤所要使用的编码表，之后基于二分法查找编码表中十进制数对应的初始位置值。
二分法查找每次搜索会先从中间位置进行匹配，每匹配一次就可排除掉一半的表格，缩小搜索匹配范围，直到匹配得到对应的编码序列，结束当前次的搜索。至此，通过二分法可以实现快速定位到序列对应的初始位置值，从而得知当前的初始位置值。对于角度值来说，当前的角度值的精度是360°的总共编码序列数等分的角度值(即360的几等分，如上表格举例为360°÷1024°)，属于一个粗角度值。用二分法查找最多需要log2 n步，而简单查表法最多需要n步，效率上二分法更高更均衡。特别的是，在做二值化处理时，由于对传感器可采集的物理宽度和两边缘采集信号的质量的下降，一般选取中间像素(如分辨率为512的CMOS中间像素为256像素位置)作为整套算法的基准像素位置P0，将该位置作为序列解码的起始位置向两边延伸解码，再进行序列合并。
S207：将二值化阈值作为横坐标，确定从标准采样数据中选取的位序列所形成抛物线与横坐标的两个交点。
S208：以两个交点的中间值所对应的像素点作为目标像素点，确定所述目标像素点与基准像素点之间的差分，作为所述偏移量。
对于抛物线拟合来说，抛物线最高点的位置实际上是横坐标(二值化阈值线)与抛物线两交点的中间值，而此处交点实际上是图像灰度由暗到明和由明到暗的极性翻转位置。因此本实施例可以先确定一条抛物线与二值化阈值的两个交点，之后取两个交点的中间值作为抛物线最高点所对应的目标像素点。
具体的，上述S207可以具体包括：基于亚像素线性差值法，确定从所述标准采样数据中选取的位序列与所述横坐标的两个交点。即上述抛物线与二值化阈值的两个交点可以通过亚像素线性差值法等算法确定。
如图12所示，以亚像素线性差值法求抛物线左侧交点(P，G)为例，通过前面的抛物线拟合以及二值化阈值，此时我们可以取到相连像素间隔至少为1个的像素的(P0，G0)和(P1，G1)两点。通过线性插值原理可以得到：
(G-G0)/(P-P0)＝(G1-G0)/(P1-P0)
相连像素间隔为1个时，此处P1-P0＝2；G为二值化阈值；此时可以得到高精度的位置P＝(G-G0)×(P1-P0)/(G1-G0)+P0；同理可以求得抛物线的右边的交点高精度位置信息。取两交点者的平均值，即可得到如图5要求的目标像素点Pi的位置信息。
更进一步的，还可以通过多个位序列为1的位置，采用本步骤的方法求得多个抛物线最高点的精确偏移量,之后求多个偏移量的算术平均值作为整体图像的偏移量值。
S209：根据初始位置值和偏移量，确定绝对位置。
本步骤与上述实施例中S106基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行和赘述。
S210：统计采样数据或标准采样数据中，不在极值区间内的采样值做连续梯度变化的个数。
参见图13，本实施例还涉及对类似异常的告警算法检测处理。由于上述由光学码盘、线阵光学传感器和光源所构成的测量系统对码盘的污染极其敏感，码盘污染会导致算法无法识别准确的角度，此时需要敏锐的判断到有无污染源的存在，对一些污渍的污染可以通过对序列解码位序宽度做出比较判断。如有细微的刮痕的污染，由于在实际的图像中呈现如图13中的状态，针对该部分的污染，在本步骤中采用了不在极值区间的连续区间段内梯度值大小的变化来做判别。即在本步骤中首先会统计采样数据或标准采样数据中，不在极值区间内的采样值做连续梯度变化的个数。
在连续的一段非极值区间内，即实际采样值或标准采样值不接近极大值Gmax或极小值Gmin时，出现梯度值在某一范围内的连续变化，梯度值连续变化的区间长度超过了码盘序列单位宽度，同时且该段区间中位于中间的像素点与首尾的像素点的梯度变化同样在上述同一个范围内，就可以判断该区域数据异常，出现了污染，需要对其进行告警。相应的在本步骤中需要统计不在极值区间内的采样值做连续梯度变化的个数。该个数用于体现做连续梯度变化的区间的长度。
当然除了上述对比处在中间的像素点的梯度值与处在首尾的像素点的梯度值进行判断之外，也可以不使用中间像素点，而是通过固定步长的梯度变换来验证，比如以5个像素点为步长，衡量是否连续出现了同一范围内的梯度值变化。
S211：当个数不小于预置个数时，进行污染物告警。
当S210中统计的个数不小于预置个数时，意味着梯度值连续变化的区间长度超过了码盘序列单位宽度，此时需要进行污染物告警，提示光学码盘已被污染。上述S210至S211与上述发明实施例中S202至S209可以并行执行，也可以按照任意先后顺序执行，在此不做具体限定。
本发明实施例所提供的一种绝对位置检测方法，针对每个像素独立构建像素灰度色彩空间，通过线性换算让每个像素采样值均衡化；融合噪点处理机制，对噪点做图像领域内滤波处理；使用二分法查找模式，将顺序的码盘序列编码按从小到大或者从大大小的方式排列，两者比较用二分法查找最多需要log2 n步，而简单查表法最多需要n步。效率上二分法更高更均衡；基于亚像素的抛物线最高点检测方式，省去基准像素与极性发生变化像素位置之间距离的判断，通过对一个编码位的整体做抛物线拟合，寻求亚像素级别的偏移量。同时也可以对多个编码位整体求各个编码位的偏移量，最后通过算术平均的方式，确定整体角度偏移量角度；在解码过程中引入对不在极值区间内的数据做连续梯度变化的个数统计，当梯度变化在某一阈值范围内超过预置个数时，可以判断当前的码盘已经有刮痕或者其他污染，可以及时进行告警。
下面对本发明实施例所提供的一种绝对位置检测装置进行介绍，下文描述的绝对位置检测装置与上文描述的绝对位置检测方法可相互对应参照。
请参考图14，图14为本发明实施例所提供的一种绝对位置检测装置的结构框图。
参见图14，在本发明实施例中，绝对位置检测装置可以包括：
获取模块100，用于基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据。
灰度空间统一模块200，用于根据所述线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将所述采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据。
编码序列模块300，用于根据二值化阈值将所述标准采样数据二值化，得到方波数据，并对所述方波数据进行解码，得到编码序列。
初始位置模块400，用于根据所述编码序列确定初始位置值。
偏移量模块500，用于根据所述二值化阈值，对所述标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量。
绝对位置模块600，用于根据所述初始位置值和所述偏移量，确定绝对位置。
作为优选的，在本发明实施例中，灰度空间统一模块200用于：
基于等比例换算，将所述像素点采集的实际采样值，根据对应的实际灰度空间，换算为同一标准灰度空间中的标准采样值，确定所述标准采样数据。
作为优选的，在本发明实施例中，还包括：
噪声点消除模块，用于根据噪声点邻域的采样值，调整所述噪声点对应的采样值。
作为优选的，在本发明实施例中，初始位置模块400包括：
转换单元，用于将所述编码序列转换为十进制数。
查表单元，用于根据预设的编码表，基于二分法查找所述编码表中所述十进制数对应的初始位置值；所述编码表为根据十进制数的大小进行排序的表格。
作为优选的，在本发明实施例中，偏移量模块500包括：
交点单元，用于将所述二值化阈值作为横坐标，确定从所述标准采样数据中选取的位序列所形成抛物线与所述横坐标的两个交点；
偏移量单元，用于以两个所述交点的中间值所对应的像素点作为目标像素点，确定所述目标像素点与基准像素点之间的差分，作为所述偏移量。
作为优选的，在本发明实施例中，交点单元用于：
基于亚像素线性差值法，确定从所述标准采样数据中选取的位序列与所述横坐标的两个交点。
作为优选的，在本发明实施例中，还包括：
梯度值统计模块，用于统计所述采样数据或所述标准采样数据中，不在极值区间内的采样值做连续梯度变化的个数。
告警模块，用于当所述个数不小于预置个数时，进行污染物告警。
本实施例的绝对位置检测装置用于实现前述的绝对位置检测方法，因此绝对位置检测装置中的具体实施方式可见前文中绝对位置检测方法的实施例部分，例如，获取模块100，灰度空间统一模块200，编码序列模块300，初始位置模块400，偏移量模块500，绝对位置模块600分别用于实现上述绝对位置检测方法中步骤S101至S106，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
下面对本发明实施例提供的一种绝对位置检测设备进行介绍，下文描述的绝对位置检测设备与上文描述的绝对位置检测方法以及绝对位置检测装置可相互对应参照。
请参考图15，图15为本发明实施例所提供的一种绝对位置检测设备结构框图。
参照图15，该绝对位置检测设备可以包括处理器11和存储器12。
所述存储器12用于存储计算机程序；所述处理器11用于执行所述计算机程序时实现上述发明实施例中所述的绝对位置检测方法。
本实施例的绝对位置检测设备中处理器11用于安装上述发明实施例中所述的绝对位置检测装置，同时处理器11与存储器12相结合可以实现上述任一发明实施例中所述的绝对位置检测方法。因此绝对位置检测设备中的具体实施方式可见前文中的绝对位置检测方法的实施例部分，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一发明实施例中所介绍的一种绝对位置检测方法。其余内容可以参照现有技术，在此不再进行展开描述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种绝对位置检测方法、装置、设备及存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种绝对位置检测方法，其特征在于，包括：
基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据；
根据所述线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将所述采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据；
根据二值化阈值将所述标准采样数据二值化，得到方波数据，并对所述方波数据进行解码，得到编码序列；
根据所述编码序列确定初始位置值；
根据所述二值化阈值，对所述标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量；
根据所述初始位置值和所述偏移量，确定绝对位置；
根据所述线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间之前，还包括：
测量线性光学传感器中各个像素点的灰度空间，各个所述像素点的灰度空间为各个所述像素点的实际灰度空间；
测量线性光学传感器中各个像素点的灰度空间，包括：
在测量板表面设置反光区以及非反光区；
控制线性光学传感器跨置所述测量板的反光区与非反光区，采集当前环境下的数据，得到第一采样数据；
控制线性光学传感器正对所述测量板的反光区，采集当前环境下的数据，得到第二采样数据；
控制线性光学传感器正对所述测量板的非反光区，采集当前环境下的数据，得到第三采样数据；
根据所述第一采样数据、所述第二采样数据及所述第三采样数据确定各个所述像素点的灰度空间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据包括：
基于等比例换算，将所述像素点采集的实际采样值，根据对应的实际灰度空间，换算为同一标准灰度空间中的标准采样值，确定所述标准采样数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述标准采样数据二值化之前，还包括：
根据噪声点邻域的采样值，调整所述噪声点对应的采样值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述编码序列确定初始位置值包括：
将所述编码序列转换为十进制数；
根据预设的编码表，基于二分法查找所述编码表中所述十进制数对应的初始位置值；所述编码表为根据十进制数的大小进行排序的表格。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述二值化阈值，对所述标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量包括：
将所述二值化阈值作为横坐标，确定从所述标准采样数据中选取的位序列所形成抛物线与所述横坐标的两个交点；
以两个所述交点的中间值所对应的像素点作为目标像素点，确定所述目标像素点与基准像素点之间的差分，作为所述偏移量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定从所述标准采样数据中选取的位序列所形成抛物线与所述横坐标的两个交点包括：
基于亚像素线性差值法，确定从所述标准采样数据中选取的位序列与所述横坐标的两个交点。
7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在将所述标准采样数据二值化之前，还包括：
统计所述采样数据或所述标准采样数据中，不在极值区间内的采样值做连续梯度变化的个数；
当所述个数不小于预置个数时，进行污染物告警。
8.一种绝对位置检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于基于线性光学传感器，获取光源照射光学码盘所产生的采样数据；
灰度空间统一模块，用于根据所述线性光学传感器中各个像素点对应的实际灰度空间，将所述采样数据转换为同一标准灰度空间中的标准采样数据；
编码序列模块，用于根据二值化阈值将所述标准采样数据二值化，得到方波数据，并对所述方波数据进行解码，得到编码序列；
初始位置模块，用于根据所述编码序列确定初始位置值；
偏移量模块，用于根据所述二值化阈值，对所述标准采样数据中选取的位序列进行抛物线拟合，确定抛物线最高点对应的目标像素点与基准像素点之间的差分，作为偏移量；
绝对位置模块，用于根据所述初始位置值和所述偏移量，确定绝对位置；
还包括：
灰度空间测量模块，用于测量线性光学传感器中各个像素点的灰度空间，各个所述像素点的灰度空间为各个所述像素点的实际灰度空间；
灰度空间测量模块，包括：
表面设置模块，用于在测量板表面设置反光区以及非反光区；
第一采样模块，用于控制线性光学传感器跨置所述测量板的反光区与非反光区，采集当前环境下的数据，得到第一采样数据；
第二采样模块，用于控制线性光学传感器正对所述测量板的反光区，采集当前环境下的数据，得到第二采样数据；
第三采样模块，用于控制线性光学传感器正对所述测量板的非反光区，采集当前环境下的数据，得到第三采样数据；
灰度空间确定模块，用于根据所述第一采样数据、所述第二采样数据及所述第三采样数据确定各个所述像素点的灰度空间。
9.一种绝对位置检测设备，其特征在于，所述设备包括：
存储器：用于存储计算机程序；
处理器：用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述绝对位置检测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述绝对位置检测方法的步骤。
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