CN105973287B - 一种多轨绝对光栅尺图像编码解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轨绝对光栅尺图像编码解码方法，编码方法包括：采用搜素算法对多轨绝对光栅尺的多元信息进行编码，得到多轨绝对光栅尺的多元信息码，所述搜素算法以最大相同子串长度为特征进行编码，且能灵活调节编码数量和编码范围；将多轨绝对光栅尺的多元信息码分解到多条二元码道上，然后在二元码道上进行位置编码，得到相应的二元码道编码；在二元码道编码的码字之间加入标签，得到最终的编码，并根据最终的编码中每个编码码字和位置信息制成表格进行存储。本发明具有简单、效率高，编码范围广且能灵活进行调节，解码速度快和精度高的优点，可广泛应用于编码领域。

Description

一种多轨绝对光栅尺图像编码解码方法

技术领域

本发明涉及编码领域，尤其是一种多轨绝对光栅尺图像编码解码方法。

背景技术

光栅尺是在机床上广泛采用的精密位置测量手段，其按照主要测量原理可分为基于莫尔条纹遮挡或干涉的增量码光栅尺和基于绝对码测量的绝对码光栅尺(也叫绝对码编码器)。相对于增量码光栅尺，绝对码光栅尺对各个位置进行编码，在实际使用中，绝对码光栅尺在掉电等意外情况下仍能在重新启动后读取位置信息而不需要回零，也没有因回零而导致的累积误差。这些优点使得绝对码光栅尺在现今自动化程度越来越高的趋势下，受到越来越广泛的关注。

然而，目前绝对码光栅尺，尤其是多轨绝对光栅尺，并没有统一的国际编码解码标准，使得光栅尺的结构复杂，编码范围不够且无法灵活进行调节，解码速度慢和精度低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种简单、效率高，编码范围广且能灵活进行调节的，多轨绝对光栅尺图像编码方法。

本发明的另一目的是：本发明的目的在于：提供一种简单，解码速度快和精度高的，多轨绝对光栅尺图像解码方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种多轨绝对光栅尺图像编码方法，包括以下步骤：

S1、采用搜素算法对多轨绝对光栅尺的多元信息进行编码，得到多轨绝对光栅尺的多元信息码，所述搜素算法以最大相同子串长度为特征进行编码，且能灵活调节编码数量和编码范围；

S2、将多轨绝对光栅尺的多元信息码分解到多条二元码道上，然后在二元码道上进行位置编码，得到相应的二元码道编码；

S3、在二元码道编码的码字之间加入标签，得到最终的编码，并根据最终的编码中每个编码码字和位置信息制成表格进行存储。

进一步，所述搜素算法满足：在不同的码字序列之间有一个最大相同子串长度(b-1)，b为子串的编码长度，且长度为(b-1)的子串在编码集合中最多只能出现一次；任意编码长度为b的子串均不相同；通过信息元数及码字长度n调节编码数量和编码范围。

进一步，所述多轨绝对光栅尺多元信息的信息元数为2^x，x为正整数。

进一步，所述标签为一二元二码道编码，且已被搜素算法所排除。

本发明所采取的另一技术方案是：

一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，包括以下步骤：

S1、获取多轨绝对光栅尺的透光信息图像；

S2、根据透光信息图像得到二元码元值，并根据二元码元值合成多元码元值；

S3、对多元码元值中每个码字的标签进行识别，然后采用查表匹配法得到多轨绝对光栅尺多元信息码的准确位置编码。

进一步，所述步骤S2包括：

S21、根据透光信息图像通过图像传感器得到二元码元值；

S22、根据设定的多元信息码分解规则将二元码元值合成多元码元值。

进一步，所述步骤S3包括：

S31、采用匹配法对多元码元值中每个码字的标签进行识别，识别出标签所处的位置；

S32、根据标签所处的位置采用查表匹配法进行解码，得到标签位置粗码，所述标签位置粗码包括标签前码字位置粗码和标签码字位置粗码；

S33、根据每个码字的标签信息对标签位置粗码进行细分，得到解码后的码值。

进一步，所述步骤S32具体为：

若标签位于解码图像的前半段，则对标签的后b位码元采用查表匹配法进行解码，并以得到的位置信息作为标签码字位置粗码A，此时，标签前码字位置粗码为A-(l+n)*d；若标签位于解码图像的后半段，则对标签的前b位码元采用查表匹配法进行解码，并以得到的位置信息作为标签前码字位置粗码A，此时，标签码字位置粗码为A+(l+n)*d，其中，解码图像由透光信息图像解码而成，b为子串的编码长度，l为标签的长度，n为码字的长度，d为单根光栅的宽度。

进一步，所述步骤S33具体为：

以标签的最中央条码码元作为位置参考点，以解码图像的中心点作为测量位置参考点，判断位置参考点是否与测量位置参考点重合，若是，则以标签位置粗码作为解码后的码值；反之，则根据位置参考点与测量位置参考点间的距离以及标签所处的位置进行进一步细分，并以得到的细分值作为解码后的码值。

进一步，所述根据位置参考点与测量位置参考点间的距离以及标签所处的位置进行进一步细分这一步骤，其具体为：

根据位置参考点与测量位置参考点间的距离p*d以及标签所处的位置对标签位置粗码进行进一步细分，若标签位于解码图像的前半段，则标签码字位置粗码A解码后的码值为A+p*d，标签前码字位置粗码解码后的码值为A-(l+n-p)*d；若标签位于解码图像的后半段，则标签前码字位置粗码A解码后的码值为A-p*d，标签码字位置粗码解码后的码值为A+(l+n-p)*d，p为位置参考点与测量位置参考点间距离码元的数目。

本发明的编码方法的有益效果是：采用最大相同子串长度为特征的搜素算法对多轨绝对光栅尺的多元信息进行编码，能灵活调节编码数量和编码范围，编码范围广；将多轨绝对光栅尺的多元信息码分解到多条二元码道上，将多元信息码分解为现有光栅尺制造技术普遍采用的二元信息码位置编码方法，结构简单，编码速度快，效率高；在编码的码字之间加入了标签，便于后续通过标签定位的方式进行解码。

本发明的解码方法的有益效果是：先根据获取的透光信息图像得到二元码元值，再根据二元码元值合成多元码元值，然后对多元码元值中每个码字的标签进行识别，最后采用查表匹配法得到多轨绝对光栅尺多元信息码的准确位置编码，综合运用了标签定位的方式和查表匹配法进行解码，结构简单，解码速度快且精度高。进一步，根据标签所处的位置采用查表匹配法进行解码，得到标签位置粗码，然后根据每个码字的标签信息对标签位置粗码进行细分，得到解码后的码值，更加精确。进一步，查表匹配算法只需要进行b位码元的匹配，而不需要进行全码匹配，进一步提高了解码速度。

附图说明

图1为本发明一种多轨绝对光栅尺图像编码方法的步骤流程图；

图2为本发明一种多轨绝对光栅尺图像解码方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例一对位置粗码进行细分的过程示意图。

具体实施方式

参照图1，一种多轨绝对光栅尺图像编码方法，包括以下步骤：

S1、采用搜素算法对多轨绝对光栅尺的多元信息进行编码，得到多轨绝对光栅尺的多元信息码，所述搜素算法以最大相同子串长度为特征进行编码，且能灵活调节编码数量和编码范围；

S2、将多轨绝对光栅尺的多元信息码分解到多条二元码道上，然后在二元码道上进行位置编码，得到相应的二元码道编码；

S3、在二元码道编码的码字之间加入标签，得到最终的编码，并根据最终的编码中每个编码码字和位置信息制成表格进行存储。

进一步作为优选的实施方式，所述搜素算法满足：在不同的码字序列之间有一个最大相同子串长度(b-1)，b为子串的编码长度，且长度为(b-1)的子串在编码集合中最多只能出现一次；任意编码长度为b的子串均不相同；通过信息元数及码字长度n调节编码数量和编码范围。

进一步作为优选的实施方式，所述多轨绝对光栅尺多元信息的信息元数为2^x，x为正整数。

进一步作为优选的实施方式，所述标签为一二元二码道编码，且已被搜素算法所排除。

参照图2，一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，包括以下步骤：

S1、获取多轨绝对光栅尺的透光信息图像；

S2、根据透光信息图像得到二元码元值，并根据二元码元值合成多元码元值；

S3、对多元码元值中每个码字的标签进行识别，然后采用查表匹配法得到多轨绝对光栅尺多元信息码的准确位置编码。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2包括：

S21、根据透光信息图像通过图像传感器得到二元码元值；

S22、根据设定的多元信息码分解规则将二元码元值合成多元码元值。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3包括：

S31、采用匹配法对多元码元值中每个码字的标签进行识别，识别出标签所处的位置；

S32、根据标签所处的位置采用查表匹配法进行解码，得到标签位置粗码，所述标签位置粗码包括标签前码字位置粗码和标签码字位置粗码；

S33、根据每个码字的标签信息对标签位置粗码进行细分，得到解码后的码值。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S32具体为：

若标签位于解码图像的前半段，则对标签的后b位码元采用查表匹配法进行解码，并以得到的位置信息作为标签码字位置粗码A，此时，标签前码字位置粗码为A-(l+n)*d；若标签位于解码图像的后半段，则对标签的前b位码元采用查表匹配法进行解码，并以得到的位置信息作为标签前码字位置粗码A，此时，标签码字位置粗码为A+(l+n)*d，其中，解码图像由透光信息图像解码而成，b为子串的编码长度，l为标签的长度，n为码字的长度，d为单根光栅的宽度。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S33具体为：

以标签的最中央条码码元作为位置参考点，以解码图像的中心点作为测量位置参考点，判断位置参考点是否与测量位置参考点重合，若是，则以标签位置粗码作为解码后的码值；反之，则根据位置参考点与测量位置参考点间的距离以及标签所处的位置进行进一步细分，并以得到的细分值作为解码后的码值。

进一步作为优选的实施方式，所述根据位置参考点与测量位置参考点间的距离以及标签所处的位置进行进一步细分这一步骤，其具体为：

根据位置参考点与测量位置参考点间的距离p*d以及标签所处的位置对标签位置粗码进行进一步细分，若标签位于解码图像的前半段，则标签码字位置粗码A解码后的码值为A+p*d，标签前码字位置粗码解码后的码值为A-(l+n-p)*d；若标签位于解码图像的后半段，则标签前码字位置粗码A解码后的码值为A-p*d，标签码字位置粗码解码后的码值为A+(l+n-p)*d，p为位置参考点与测量位置参考点间距离码元的数目。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

本发明提出了一种多轨绝对光栅尺图像编码解码方法，将多元信息分解到多条二元码道，如可将四元信息(A,G,C,T)可分解到两条二元码道上，而八元信息则可分解到三条二元码道上等；然后对其进行位置编码，制成查表表格。解码时，采用表格匹配法对比即可解码出相应的位置信息。本实施例主要以四元信息为例，对编码解码的实现过程进行说明。

本实施例的多轨绝对光栅尺图像编码解码方法主要包括：

(一)编码

(1)为了保证不同的编码码字的唯一性及差异性和码数，本发明采用了搜索算法，实现对四元信息(A,G,C,T)的编码。本实施例的搜索算法具有以下特点：1)保证了编码不同码字的差异性，不同码字序列之间有一个最大相同子串长度(b-1)，且长度为(b-1)的子串在编码集合中最多只能出现一次；2)任意编码码长度为b的子串均不相同；3)通过信息元数及码字长度n调节编码数量和编码范围。根据要求编码长度的范围能推论出编码的码字数量。对于一般的多元信息编码来说，信息元数越大则编码的码池也越大，可用的编码数目多。本发明通过信息元数及码字长度n的调节实现编码数量的调节，从而调节了编码位置的长度范围。

(2)为了对每个码字进行定位，本实施例在码字之间加入了标签。本实施例加入的标签为一个特殊的二元二码道编码，其已被之前的搜索算法所排除。例如，b＝7时，该标签可取为两排同样的1110111，即四元码元的标签为TTTCTTT。其中，C的位置将对应编码位置的参考点。标签长度l位，则一个完整码字长度为l+n位，，码字构成可为(lllllnnnn)形式或(nnnnllll)形式，即标签作为码字的头或者尾均可，本实施例以作为码字头为例；d为单根光栅的宽度，则码字间距为(l+n)*d。

(二)解码

(1)本发明解码时所采用的光学***为传统的光学传感***。由光源发出的光经过准直镜后垂直入射到光栅尺上，而光栅尺透光信息通过后面图像传感器处理后读取，最后经过后续的嵌入式设备进行解码。本实施例图像传感器的读码信息长度取为l+2n，确保了视场中至少有一个标签被读到。

(2)本发明将每一个编码码字与位置信息做成查表表格，获得的图像处理后，得到其多元码元值，然后通过查表匹配方法，即可找到其所表示的位置信息，具体的实现过程如下：

1)首先通过图像传感器得到二元码元值，并通过(一)确定的分解规则合成多元码码值；然后识别标签，通过匹配法得到标签的位置。由于标签是选出来的特殊码字，通过匹配法容易得到标签的位置。再接着，根据标签所处的位置采用查表匹配法进行解码，得到标签位置粗码：若识别得到的标签位于解码图像的前半段，则对标签后b位码元查表解码，得到的位置信息即为标签码字位置粗码，设为A，标签前码字位置粗码为A-(l+n)*d；若识别得到的标签位于解码图像的后半段，则对标签前b位码元查表解码，得到的位置信息即为标签前一个码字的位置粗码，设为A，则标签码字位置粗码(即标签所对应码字的位置值)为A+(l+n)*d。通过此方法即可得到标签的位置粗码C。由于任意两个编码长度为b的子串均不相同，所以本发明的匹配算法只需要进行b位码元的匹配，而不需要进行全码匹配，解码的速度更快。

此外，光栅尺在工作状态下，由于工况环境的变化，如因恶劣环境出现栅线污染或图像传感器读数头到光栅尺的距离变化等，可能导致个别栅线的辨识困难，此时可适当提高解码的冗余，即进行多于b位的码元匹配，从而保证在恶劣环境下仍能正确解码，提高解码的可靠性。

2)利用每个码字的标签信息做细分：以标签的最中央条码码元C为位置参考点，以解码图像的中心点为测量位置的参考点，判断二者是否重合，若是，则标签位置粗码为准确值(即解码后的码值)；反之，根据位置参考点与测量位置参考点间的距离p*d以及标签所处的位置进行细分，得到细分值，并以细分值作为解码后的码值，如图3和下表1所示。

表1标签位置与解码结果对应关系表

本发明提出了一种多轨绝对光栅尺图像编码解码方法，包括：多元信息通过最大相同子串长度为特征的编码过程，可灵活调节编码数和编码范围；将多元信息码分解为现有光栅尺制造技术可及的二元信息码的过程，更加简单，效率更高；通过标签位定位进行的解码过程，解码速度快且精度高。本发明是一种简单、快速而可行的编码解码方法，由于其编码后的光栅尺为多条二元信息，因此还可以应用现有的二元光栅尺细分技术来提高精度。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种多轨绝对光栅尺图像编码方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采用搜素算法对多轨绝对光栅尺的多元信息进行编码，得到多轨绝对光栅尺的多元信息码，所述搜素算法以最大相同子串长度为特征进行编码，且能灵活调节编码数量和编码范围；

S2、将多轨绝对光栅尺的多元信息码分解到多条二元码道上，然后在二元码道上进行位置编码，得到相应的二元码道编码；

S3、在二元码道编码的码字之间加入标签，得到最终的编码，并根据最终的编码中每个编码码字和位置信息制成表格进行存储。

2.根据权利要求1所述的一种多轨绝对光栅尺图像编码方法，其特征在于：所述搜素算法满足：在不同的码字序列之间有一个最大相同子串长度(b-1)，b为子串的编码长度，且长度为(b-1)的子串在编码集合中最多只能出现一次；任意编码长度为b的子串均不相同；通过信息元数及码字长度n调节编码数量和编码范围。

3.根据权利要求2所述的一种多轨绝对光栅尺图像编码方法，其特征在于：所述多轨绝对光栅尺多元信息的信息元数为2^x，x为正整数。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种多轨绝对光栅尺图像编码方法，其特征在于：所述标签为一二元二码道编码，且已被搜素算法所排除。

5.一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、获取多轨绝对光栅尺的透光信息图像；

S2、根据透光信息图像得到二元码元值，并根据二元码元值合成多元码元值；

S3、对多元码元值中每个码字的标签进行识别，然后采用查表匹配法得到多轨绝对光栅尺多元信息码的准确位置编码。

6.根据权利要求5所述的一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

S21、根据透光信息图像通过图像传感器得到二元码元值；

S22、根据设定的多元信息码分解规则将二元码元值合成多元码元值。

7.根据权利要求5所述的一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，其特征在于：所述步骤S3包括：

S31、采用匹配法对多元码元值中每个码字的标签进行识别，识别出标签所处的位置；

S32、根据标签所处的位置采用查表匹配法进行解码，得到标签位置粗码，所述标签位置粗码包括标签前码字位置粗码和标签码字位置粗码；

S33、根据每个码字的标签信息对标签位置粗码进行细分，得到解码后的码值。

8.根据权利要求7所述的一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，其特征在于：所述步骤S32具体为：

若标签位于解码图像的前半段，则对标签的后b位码元采用查表匹配法进行解码，并以得到的位置信息作为标签码字位置粗码A，此时，标签前码字位置粗码为A-(l+n)*d；若标签位于解码图像的后半段，则对标签的前b位码元采用查表匹配法进行解码，并以得到的位置信息作为标签前码字位置粗码A，此时，标签码字位置粗码为A+(l+n)*d，其中，解码图像由透光信息图像解码而成，b为子串的编码长度，l为标签的长度，n为码字的长度，d为单根光栅的宽度。

9.根据权利要求8所述的一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，其特征在于：所述步骤S33具体为：

以标签的最中央条码码元作为位置参考点，以解码图像的中心点作为测量位置参考点，判断位置参考点是否与测量位置参考点重合，若是，则以标签位置粗码作为解码后的码值；反之，则根据位置参考点与测量位置参考点间的距离以及标签所处的位置进行进一步细分，并以得到的细分值作为解码后的码值。

10.根据权利要求9所述的一种多轨绝对光栅尺图像解码方法，其特征在于：所述根据位置参考点与测量位置参考点间的距离以及标签所处的位置进行进一步细分这一步骤，其具体为：

根据位置参考点与测量位置参考点间的距离p*d以及标签所处的位置对标签位置粗码进行进一步细分，若标签位于解码图像的前半段，则标签码字位置粗码A解码后的码值为A+p*d，标签前码字位置粗码解码后的码值为A-(l+n-p)*d；若标签位于解码图像的后半段，则标签前码字位置粗码A解码后的码值为A-p*d，标签码字位置粗码解码后的码值为A+(l+n-p)*d，p为位置参考点与测量位置参考点间距离码元的数目。