图像式光电编码器的测角技术及其硬件实现.pdf

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1、第33卷第4期光学学报Vo1．33，No．42013年4月ACTAOPTICASINICAApril，2013图像式光电编码器的测角技术及其硬件实现齐荔荔万秋华／中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033、＼。中国科学院大学，北京100049／摘要为提高光电编码器的分辨力，并缩小体积，提出一种基于图像处理技术的面阵图像式光电编码器。根据光电编码器的性能指标要求设计了光学码盘；然后，通过互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器采集旋转码盘的图案，由复杂可编程逻辑控件(CPLD)，数字信号

2、处理器(DSP)组成的处理电路接收图像数据，通过图形识别算法得到粗码角度，并采用改进的基准线质心算法，计算亚像素级的精码角度信息。最后由粗码和精码组成光电编码器测角数据。实验结果表明，设计码盘直径为45mm的图像式光电编码器，在不配备光学镜头的前提下，采用精码细分技术，可实现4096份细分，测角分辨力达到5，角度测量误差峰峰值为51”。且改进质心算法能有效地抑制噪声，提高测量精度。该图像式编码和精码细分技术可以提高编码器的分辨力，缩小编码器体积，减轻重量。满足航空航天领域对小型化光电编码器的需求。关键词图

3、像处理；图像式光电编码器；高分辨力；互补金属氧化物半导体图像传感器；细分算法中图分类号TH741．2：TP212．12文献标识码Adoi：10．3788／AOS2o1333．0412001Angle·MeasurementTechnologyofanOpticalPatternRotaryEncoderandItsHardwareImplementationQiLiliWanQiuhuafIChangchunInstituteofOpticsCh，aFnigncehMunec,hJanics1a3n00d

4、3P3h,ysics，。ChineseAcademyofSciences，]l【。UniversityofChineseAcademyofSciences，Bering100049，ChinajAbstractInordertoimprovetheopticalencoderSresolutionandreduceitsvolume。anopticalpatternrotaryencoderbasedontheimageprocessingtechnologywithanarrayimagesensori

5、sstudied．Opticalpatterncodediscisdesignedaccordingtotherequiredperformanceoftheopticalencoder．Thepatternofthespinningdiscisacquiredbythecomplementarymetaloxidesemiconductor(CMOS)imagesensor．Theprocessingcircuitcomposedbycomplexprogrammablelogicdevice(CPLD

6、)anddigitalsignalprocessor(DSP)receivestheimagedata，getsthecoarsecodebythepatternrecognitionalgorithm，andcalculatestheprecisioncodewithsub—pixelsizebytheimprovedbaselinecentroidalgorithm．TheopticalencoderSangularoutputismadeupofthecoarsecodeandtheprecisio

7、ncode．Intheexperiment，thismethodinanopticalpatternrotaryencoderwhosediameteris45mmisapplied．Withoutanyadditionalopticallens，theresultsshowthattheencoder：Sangularresolutionreaches5andthenumberofsubdivisionisupto4096．Thepeaktopeakvalueoftheanglemeasuremente

8、rroris51．Theimprovedcentroidalgorithmcansuppressthenoiseandimprovethemeasurementaccuracy．Theopticalpatternrotaryencodercangethighresolution，reducethevolumeandweightusingthispatterncodeandelectronicsubdivisiontechnol