针对光栅尺、容栅尺等位移测量仪器不易于现场安装的缺点,提出一种基于图像处理的位移传感器装置,使其在满足分辨率与响应速度的条件下,最大限度降低安装要求。该传感器基于激光鼠标原理,通过改进光学组件,使得传感器与参照物可以保持比较长的非接触空间。同时根据不同场合的需求,换装不同放大率的光学组件,以得到不同工作距离、分辨率的传感器。实验表明,该传感器易于安装在多数平面运动的待测物上,具有成本低、精度高、线性度好的优点,可广泛用于普通机床的数显改造、机器人的精确定位等场合。

提出了一种二维方向小波构造的新型散斑相位奇异法测量面内微位移。根据二维方向小波的极化分析能力，选取旋转角度为π/2，分别对位移前后的图像进行x 和y 方向的极化分析，构造了一种网状结构的分布稳定的相位奇异点图；提出了两步位移测量的新方法，通过两次傅里叶变换和减运算输出的两个相关亮点图像得到初步位移量，由初步位移的半网格宽度和匹配最邻近奇异点对间的位移求待测物体的精确位移；分别进行仿真模拟和激光鼠标定位实验。结果表明，奇异点在不同噪声条件下的正确匹配率在90%以上，实际的鼠标位移和方向与测量值的鼠标位移和方向之间的误差小于0.5 pixel 和1°。该方法具有奇异点正确匹配率高、测量精度高、对噪声不敏感、稳定性好等优点，能够精确定位激光鼠标的位移和方向。

在激光鼠标工作原理的基础上,利用数字散斑相关方法对激光鼠标的定位原理进行了研究。设计实验得到散斑场并用数码相机拍摄。用图像采集卡采集CCD扫描数散斑图像得到的图像,将图像数字化,分析数据得到了图像最优采样的像素单元和图像位移两个参量。基于两个参量,实验采集散斑图像在一定的轨迹运动下的散斑场,用Matlab软件模拟,并比较分析了实验和模拟结果。结果表明,用数字散斑相关方法可以实现激光鼠标的定位功能,并且分辨力可达到1 μm,远高于市场上激光鼠标30 μm的分辨力。