光柵式結(jié)構(gòu)光傳感器原理

對經(jīng)過二進(jìn)制編碼的光平面識別是簡便的。首先，對攝像機(jī)接受到的光條進(jìn)行處理，根據(jù)光條的寬窄將光條譯成由二進(jìn)制碼組成的序列，然后根據(jù)編碼規(guī)則將得到的序列分解成組，最后識別出每一個具體的光平面。需要指出的是，由于被測物體表面尺寸和攝像機(jī)視場的限制，攝象機(jī)獲得的光條數(shù)一般來說總是小于投射器投射的光平面數(shù)。

例如，采用二位二進(jìn)制碼對攝像機(jī)接受的光條處理后得到“001101”，按二位一組對該序列進(jìn)行分組，只可能有兩種結(jié)果：“00”“11”“01”和“0”“01”“10”“1”。前者對應(yīng)的分組序號為0、1、3這顯然是與編碼規(guī)則相矛盾的。后者對應(yīng)的分組序號為未知、1、2、未知，這是符合編碼規(guī)則的。據(jù)此可得到前面的未知光條為0分組第二根光條，后面的未知光條為3分組第一根光條?？梢?，視場中的每根光條都可以有效地識別出來。

對于表面法向基本不變或變化很小的物體，由文獻(xiàn)[1]可知，將寬窄光條的寬度比做成2:1,即可以非常有效地將寬窄光條區(qū)分開來。記threshold1=1.5,threshold2=0.6。則若Δ1/Δ2>threshold1=1.5,可判斷1為寬光條，2為窄光條；若Δ1/Δ2Δ1/Δ2的值，直到出現(xiàn)前兩種情況，我們就可以判斷出光條到底為寬或窄。（Δ1/Δ2分別為光條1、2在象面投影的寬度）。

3.2偽隨機(jī)序列編碼方法

前面講的n位二進(jìn)制編碼方法可以對n.n2個光條進(jìn)行編碼。當(dāng)n增大時，能夠編碼的光條數(shù)增加很快。但是，我們衡量一種編碼方法優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)是解碼所需信息的多少，解碼所需的信息量越少越好。

在n位二進(jìn)制編碼中，為確保能夠正確譯碼，至少需要接受到3n-1個連續(xù)的光條。對于n=4的情況，能對64個光條進(jìn)行編碼。但要正確譯碼，則至少需要接收到連續(xù)11個光條?，F(xiàn)在我們要考慮的問題是能否盡量減少譯碼所需的光條數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)：M序列[7]能夠使譯碼所需的信息減少。

下面先來講述M序列的構(gòu)成。設(shè)一無限長二元序列各元素之間存在下列關(guān)系：

Xi=a1Xi-1a2Xi-2…apXi-p(2)

其中：i=p+1,p+2,…,系數(shù)a1,a2,……,ap-1取值0或1,系數(shù)ap總和為1,表示模2的和。

只要適當(dāng)?shù)剡x擇系數(shù)a1,a2,……,ap,就可以使序列以(2p-1)bit的最長周期循環(huán)。這種最長周期的二值序列就稱為M序列。

取X4=1,X3=0,X2=1,X1=0,

令Xi=Xi-3Xi-4則可得X15,X14,……X1如下：111100010011010。我們發(fā)現(xiàn)對于任意連續(xù)的4個x,其二進(jìn)制值均不相同，故只要知道了任意連續(xù)的4個x,即可知道這組x在序列中所處的位置，從而進(jìn)行有效的譯碼。

對M序列譯碼所需的信息比n位二進(jìn)制碼少，當(dāng)p=6時，可以對63根光條進(jìn)行編碼，這時在視場中只要看到連續(xù)的6根光條即可進(jìn)行譯碼；而對于n位二進(jìn)制編碼如果對64根光條進(jìn)行了編碼，譯碼則需要11根光條。

用二維數(shù)組a[15][4]存放每相鄰4根光條的編號。例如，第12、11、10、9根光條其二進(jìn)制表示為1000,則a[8]={12,11,10,9};第8、7、6、5根光條，其二進(jìn)制表示為1001,則a[9]={8,7,6,5}。假設(shè)我們得到連續(xù)的4根光條二進(jìn)制表示為1001,則通過查數(shù)組a的第9行，得到這4根光條的序號分別是8、7、6、5譯碼完成。

可見，通過光柵式結(jié)構(gòu)光傳感器的編碼在一定程度上解決了光條的識別問題，提高了傳感器的使用范圍。若物體的表面有些地方法向變化非常劇烈，按照上面的方法需將寬窄光條的比值做得很大，而為了保證光條中心的計算精度窄光條又不能做得太窄，若單單通過提高寬窄光條的比值，必然導(dǎo)致視場中的光條急劇減少。由于法向變化非常劇烈的地方是很少的，通過糾錯編碼技術(shù)就可以將光條的寬度局部反轉(zhuǎn)的地方糾正過來，使問題得到解決。