一种基于单片机的增量式光栅参考信号处理方法

离编码参考点的光栅尺或编码器，其绝对参考点位
置通过累计两个参考点间信号周期数并用以下公式
计算：
Ｐｌ＝（ａｂｓＢ—ｓ印Ｂ一１）Ｘ Ｎ／２＋（ｓｇｎＢ—ｓｇｎＤ）Ｘ ａｂｓＭａａ／２
（１）
其中
Ｂ＝２ＭＲＲ—Ｎ
（２）
式中：Ｐ，为信号周期中移过的第一个参考点的位
置；ａｌａｓ为绝对值；ｓｇｎ为代数符号（“＋１”或“一１”）；
高、响应快速。该库将对图像检索与识别技术在更深更广领域里的应用起积极推动作用。
关键词：基于内容的图像检索；图像识别；通用库
中图分类号：ＴＦ３９１．４
文献标志码：Ａ
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ａｎｄ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｋｉｔ
ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｉｎｔｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ．ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｒｉｇｈｔ ａｎｄ
ｆａｓｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇ／ｅｃｈ／ｐ；ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ；ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎ且ｌ
收稿日期：２００９年２月
制，也可以帮助文献部门充分地开发和利用信息资 源。它还有利于产生新的应用技术，创造新的概念， 如对图像信息的数据挖掘。图像检索与识别中采用 示例作人口、接口更容易被用户接受。随着电子出 版物、数字图书馆与Ｉｎｔｅｍｅｔ日益结合，该技术的应 用将会越来越广、越来越深。鉴于此，国际标准化组 织（ＩＳＯ）已对其广泛关注，ＭＰＥＧ专家组已制定出多 媒体内容描述接口ＭＰＥＧ一７标准。
万方数据
ｌ １０
工具技术
产生反向脉冲送人单片机的反向计数器Ｔｉｍｅｒｌ。正 向脉冲和反向脉冲产生的位置都在Ａ信号的０度 相位角处，通过Ｔｉｍｅｄ）和Ｔｉｍｅｒｌ的差值，就可以得 到移动的脉冲数，从而获得移动距离‘２Ｊ。
＝＝刊苎查竺翌 正弦余弦信号
参考信号．ｒ——一
＝＝＝＝＝爿放大整形
反向脉冲 参考电平
参考文献
［１］海德汉公司．直线光栅尺．ｗｗｗ．ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ．ｔｏｍ．ｃｎ ［２］曹卫峰．基于ＵＳＢ总线的光栅位移检测系统设计［Ｄ］．贵
肘。。为移过参考点间的信号周期数；Ｎ为信号周期
中代表两个固定参考点间的名义增量值（见移动为一１）。 表１增量式光栅的信号周期表
信号周期
信号＿皓Ｊ期的 最大移动距离 名义增量数，ｖ
ＬＦ
４
Ｌｓ
２０
５０００ 】０００
２０ｍｍ
２０ｍｉｌｌ
ＬＢ
４０
２０００
８０ⅡｍＩ
以Ｌｓ为例，当光栅尺反向移动了２０ｒａｍ，经过了 ２个完整的Ａ信号周期，得到了２个参考点，第一个 参考点的Ａ信号脉冲计数为１０１２，第二个参考点时 的脉冲计数为５００。那么，ＭＲＲ＝１０１２—５００＝５１２，Ｂ ＝２×５１２—１０００＝２４，Ｎ＝１０００，则根据式（１），有：
１ 引言
海德汉的ＬＣ、ＬＳ、ＬＦ、ＬＢ型增量式光栅尺分辨 率高、定位精度高。增量式光栅尺获取参考点的操 作简单快捷，只需移动２０ｍｍ（ＬＢ型为８０ｒａｍ）就可以 获取参考点的位置。增量式光栅尺提取参考点的方 法通常是通过整形将参考信号转化为触发电平，在 触发的同时提取当前的正弦信号周期数，从而获取 触发点的位置。由于参考信号的有效分量为三角 波，有效电平约为０．５Ｖ，作为触发电平电压太低，并 且三角波跨越２—３个周期的正弦增量信号，光栅尺 正向移动时的触发位置与反向移动时的触发位置存 在差异，从而人为造成了参考点提取误差。本文在 综合分析光栅信号的基础上，建立了硬件电路对参 考信号进行放大和整形处理，然后利用单片机对正 向移动和反向移动分别进行了特殊处理，从而消除 了正向和反向移动时的参考定位误差，达到了正确 快速提取参考点的目的。
图ｌ增量式光栅尺的信号圈
３硬件电路与算法分析 ３．１硬件电路 为了正确提取参考信号，本文设计了如图３所 示的硬件电路，同时使用ＰＩＣｌ８Ｆ４５５０芯片进行增量 式光栅Ａ信号和参考信号的放大整形处理。然后 引入单片机对整形后的信号进行特殊处理，从而获 取正确的参考点位置。 如图２所示，Ａ信号和口信号经过放大整形后， 送人单片机中，当光栅正向移动时，产生正向脉冲送 人单片机的正向计数器Ｔｉｍｅｄ）；当光栅反向移动时，
Ｐｌ＝（２４—１—１）Ｘ １０００／２＋（１＋１）ｘ ５１２／２＝１１５１２
故第一个参考点的绝对位置为１１５１２ Ｘ ０．０２＝
２３０．２４ｍｉｌｌ。
４实验与结论
为了验证上述理论，应用所建立的硬件电路，同 时使用ＰＩＣｌ８Ｆ４５５０芯片进行增量式光栅的Ａ信号
万方数据
２００９年第４３卷Ｎ０７
通用图像检索识别库的构建及实现
取参考点的目的。
关键词：单片机；增量式光栅；参考信号
中图分类号：ＴＧＳ０
文献标志码：Ａ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ Ｅｎｃｏｄｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎ酎ｅｃｈｉｐ
Ｌｉｕ Ｊｉａｎｇｓｈｅｎｇ，ＳｏｒＩｇ Ｊｉａｎ
ｔｏ啪ｐｌｉ母ａｎｄ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｉｒｃｕｓ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ
ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｆｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｉｔｓ ｌｏｔｓ ｏｆ ｇｏｏｄ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ，ｓｕｃｈ∞ａ ｓｈｏｒｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｒｍ，ａｎ ｅａｓｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａ｝Ｉｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ
ａ ｑｕｉｃｋ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅ ＵＩＢＢＫ ｗｉｌｌ ｄｒｉｖｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｄｅｌｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ．
和参考信号的处理。实验结果表明，光栅正向移动 时的上升沿触发和反向移动时的下降沿触发都能正 常工作，二者提取出来的参考点位置一致。此外，无 论开始移动时读数头位于光栅尺的何处，也仅仅需 要移动２０ｒａｍ就可以得到正确的参考点位置。实验 证明采用本文方法可以较好地解决增量式光栅参考 信号处理过程中存在的难点和误差，处理速度较快， 精度较高。
崔州平 成都电子机械高等专科学校
摘要：能否构建一个脱离具体开发环境、融合主流技术且不断吸收新技术的通用图像检索识别库，既是图像检
索与识别领域的基础理论问题，又是工程应用中迫切需要解决的现实问题。本文主要从通用图像检索识别库的构
建、实现及应用三方面讨论了这一问题。应用实例表明，用该库实施图像检索与识别，开发期短，操作简便，准确率
Ｃｕｉ Ｚｈｏｕｐｉｎｇ
０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ
ａ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｉｍａｇｅ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ．ｂｕｔ明ｕｒｇｅｎｄｙ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｎｅ ｆｏｒ ｅｎ一
＃ｎｅｅｒｉｎｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｉｍａｇｅ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｋｉｔ（ＵＩＲＲＫ）ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ。ｗｈｉｃｈ ｇｅｔｓ ｒｉｄ ｏｆ ｃｏｎ—
反向计数器 中断０
图２基于单片机的增量式光栅信号处理方法
图３参考点信号的处理硬件电路
电压
度网
正阿
Ａ信号脉冲‘‘—一
１１０ 一
参考电平
时闻
上升沿厂————］下降措一
时间
图４进入单片机的Ａ信号脉冲和参考电平
对于参考信号，本文也同样对其进行放大整形， 将０．２Ｖ的Ｅ信号放大到４Ｖ左右，然后用１—３Ｖ左 右的电压进行斩波处理，从而得到一个方波信号。 具体的硬件处理电路如图３所示。图４为进入单片 机的Ａ信号脉冲和参考电平。从图４可以看出，参 考电平跨越了２个周期，正向移动时，参考电平的上 升沿记录了第～个Ａ信号脉冲的位置，而反向移动 时，参考电平的下降沿变为上升沿，记录的是第三个 Ａ信号脉冲的位置。这样，正向和反向之间就存在 了２个脉冲的间隔，以一个脉冲间隔２０微米计算，２ 个脉冲间隔就是４０微米，即人为造成了４０微米的 误差。为了解决这个问题，本文对参考信号进行了 特殊处理。首先判断移动的方向，当正向移动时，取 参考电平的上升沿作为中断触发信号；而反向移动 时，取参考电平的下降沿作为中断触发沿。这样，无 论是正向移动还是反向移动，触发的位置是一致的， 从而避免了位置误差。
ｒｅｓｈａｐｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｌｌａｌ８ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎ－
ｓｉ幽ｆｏｒ ｃｒｅｍｅｎｔａＩ ｅｒｌｃｏｄｅｒ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅｅｈｉｐ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ
ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｏｒ ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｉａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ
图５ ＬＳ型增量式光栅的示意图
３．２参考点位置的算法
图５给出的是ＬＳ型号光栅的参考点位置示意
图。从图５可以看出，增量式光栅存在多个参考点，
第一个参考点的位置为０，第二个参考点距离第一
个参考点１０．０２ｍｍ，第三个参考点距离第一个参考
点２０ｒａｍ，第四个参考点距离第一个３０．０４ｍｍ，第四
个参考点距离第一个参考点４０ｒａｍ，以此类推。带距
２增量式光栅的信号分析
如图１所示，正弦增量信号Ａ和Ｂ的典型幅值 为ＩＶＰＰ，相位差为９０。电子角‘１Ｉ。图１所示的输出信 号顺序（信号曰滞后于信号Ａ）适用于图示运动方 向。参考点信号Ｒ的有效分量Ｇ约为０．５ Ｖ。由图 ｌ可以看出，有效信号Ｇ为０．５Ｖ，而作为触发电平
收稿日期：２００９年１月
的Ｅ信号却仅仅只有０．２—０．３Ｖ，因此必须进行放 大。另外，Ｅ信号为一三角波，跨越了Ａ信号的两 个周期（在实际试验过程中，由于制造误差和电气差 异，有时Ｅ信号甚至跨越Ａ信号的三个周期），这 样，当光栅正向移动或者反向移动时，Ｅ信号的触发 位置就存在差异，从而人为造成参考点的提取误差。
２００９年第４３卷№７
１０９
一种基于单片机的增量式光栅参考信号处理方法
刘江省，宋健 哈尔滨量具刃具集团有限责任公司
摘要：在综合分析增量式光栅信号的基础上，建立了硬件电路对参考信号进行放大和整形处理，然后利用单
片机对光栅尺正向移动和反向移动时的参考信号进行特殊处理，从而消除了参考点定位误差，达到了正确快速提
随着多媒体内容描述的标准化，图像内容的描 述也将标准化，从而促进该技术的更迅猛发展。
目前国内外图像检索与识别技术已经较为成 熟。国外已开发出ＣＢＩＲ及图像识别软件系统若 干，从不同方面满足了用户需求，为该技术的具体应 用提供了便利。但它们大都是较为成熟的专用商业 系统，不支持二次开发，很少具有各行业都能使用的
ｃｒｅｔｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｆｌＬＳｅＢ ｇｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｉｒｎａｇｅ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ａｎｄ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｏｅｓ ｏｎ ｔａｋｉｎｇ ｉｎ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉ８ｃｕ＆燃ｉｔ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ，ｉ．ｅ．ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＵＩＲＲＫ．Ｔｈｅ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＢＩＲ；ｉｍａｇｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｋｉｔ
ｌ 引言
基于内容的图像检索（ｃｏｎｔｅｎｔ．ｂａｓｅｄ ｉｍａｇｅ托． ｔｒｉｅｖａｌ，ＣＢＩＲ）与图像识别技术具有广泛的应用市场 和发展前景。如公安反恐中对可疑人员的鉴别，军 事领域中对目标的判识和跟踪，知识产权保护领域 对外观专利和商标的防伪，医学领域中对变异细胞 的自动统计和识别，货物的快速通关等。此外，该技 术还可用在建筑与工程设计、时尚与室内装潢、旅游 业与广告业、地理信息系统与遥感系统、考古与文物 鉴定、教育与训练、家庭娱乐、网络查询等领域。图 像检索与识别技术可以帮助用户从多种途径找到图 像内容信息，从更深层次对图像媒体进行理解与控