CN106162001A - 用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法，其中，该系统包括线阵感光芯片和FPGA处理芯片，线阵感光芯片与FPGA处理芯片相连接；FPGA处理芯片包括接收模块和图像处理模块；其中，接收模块用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；图像处理模块用于对接收模块所接收到的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。本发明提出完全由FPGA实现实时图像处理，且基于图像轮廓的中心点来确定相对位移值，不仅避免采用大体积的设备，便于安装和使用，而且使得图像处理所采用的方法能够有效适用于线阵传感芯片，从而保证了位移传感的精度，降低了系统的复杂度、成本、能耗以及硬件需求，保证了实时性。

Description

用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法

技术领域

本发明涉及图像采集和处理技术领域，并且特别地，涉及一种用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法。

背景技术

光学传感器是依据光学原理进行测量的仪器，这类传感器有许多优点，例如，能够实现非接触和非破坏性测量、测量几乎不受干扰、能够实现高速传输以及可遥测、遥控等。

光学传感器包括很多类型，其中，非接触式激光三角位移传感器是一种利用激光为光源、将CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)传感器作为接收器的精密测量仪器。这种传感器能够在非接触的情况下精确测量被测物体的位置、位移等变化，并且能够被应用于检测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。

在非接触式激光三角位移传感器的工作过程中，对于接收图像的处理方法直接影响着位移传感器的精度、稳定性等特性。

目前，大多数图像处理系统和方法所针对的都是面阵CMOS或者CCD传感器，主要采用的图像处理方法均是针对二维图像进行处理的方法，这些图像处理方法主要侧重于更加复杂的图像分析，其处理的图像数据量较大，算法流程也比较复杂。因此，这些图像处理方法并不适用于线阵图像的处理，无法满足非接触式激光三角位移传感器等光学传感器对于测量精度的高要求。

不仅如此，由于大多数图像处理系统都需要借助于PC端等上位机或其他处理器进行图像处理，所以会导致设备体积庞大，并且不能够满足高速实时处理的要求。

例如，在名称为“一种基于FPGA的工业智能相机”、授权公告号为“CN204131605U”的实用新型专利中，公开了一种基于FPGA的工业相机系统。该专利公开的技术方案是通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称为FPGA)完成信号采集的控制和图像处理，之后由FPGA将图像发送给上位机继续进行处理。该专利所公开的技术方案所针对的是面阵工业相机，其图像处理方法并不能够很好地处理线阵相机所采集的图像，例如，这种图像处理方法对线阵传感器图像光点中心提取效果不理想，即，轮廓提取和中心点计算精度不高。另外，该专利公开的技术方案在图像处理时所需要借助的系统体积较大，不仅不便于使用，而且图像处理的实时性差。

此外，在名称为“一种图像处理装置、方法及系统”、申请公开号为“CN102629968A”的实用新型专利中，公开了将FPGA与图像采集卡连接，进而由FPGA进行图像处理的技术方案。但是，该专利并没有公开FPGA进行图像处理时所采用的处理方式。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于位移传感器的图像处理系统、装置和方法，能够在不使用大体积设备的前提下在FPGA本地完成位移检测，处理实时性高，而且本发明提出的方案专门针对线阵传感芯片所采集的图像确定位移值，能够满足位移传感器对于精度的高要求。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于位移传感器的图像处理系统。

根据本发明的用于位移传感器的图像处理系统包括线阵感光芯片和FPGA处理芯片，线阵感光芯片与FPGA处理芯片相连接；FPGA处理芯片包括接收模块和图像处理模块；其中，接收模块用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；图像处理模块用于对接收模块所接收到的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

其中，图像处理模块包括低通滤波子模块和位移确定子模块，低通滤波子模块用于对接收模块接收的图像信号进行低通滤波；位移确定子模块用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值；

具体而言，位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：

确定低通滤波后的图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；

根据低通滤波后的图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于峰值与下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；

位移确定子模块用于对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。

此外，上述FPGA处理芯片可以进一步包括：线阵芯片控制模块，用于根据来自线阵感光芯片的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据表面特性调整光源的发光功率、和/或线阵感光芯片的曝光时间。

进一步地，线阵芯片控制模块还用于在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，通过以下方式中的至少之一对线阵感光芯片进行控制：为线阵感光芯片提供FPGA处理芯片的寄存器配置参数，对线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对线阵感光芯片的启动进行控制，对线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

此外，根据本发明的图像处理系统可以进一步包括：存储器，用于存储图像信号和/或相对位移值；存储控制模块，用于对存储器进行控制，以实现图像信号和/或相对位移值的存储和读取；其中，存储器包括FPGA处理芯片的内置存储器和/或FPGA处理芯片的外接存储器，外接存储器可以为DDR3存储器。

此外，根据本发明的图像处理系统可以进一步包括：传输模块，用于输出从线阵感光芯片接收的图像信号和/或由图像处理模块确定的相对位移值，以及用于输出从存储器中读取的图像信号和/或位移值。其中，传输模块设置有用于连接外部设备的输出接口，该输出接口包括以下至少之一：USB接口、以太网接口、RS232接口、RS485接口、工业以太网控制自动化技术接口。

此外，根据本发明的FPGA处理芯片进一步包括显示屏，用于显示相对位移值。

此外，接收模块从线阵感光芯片接收的图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号。

可选地，上述线阵感光芯片可以为线阵CMOS芯片或者线阵CCD芯片。

可选地，上述线阵感光芯片和FPGA处理芯片可以直接连接，其中，上述线阵感光芯片和FPGA处理芯片可以通过通用输入/输出接口连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于位移传感器的图像处理装置。

根据本发明的用于位移传感器的图像处理装置包括：

接收模块，用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；

图像处理模块，用于对接收的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

其中，图像处理模块包括：

低通滤波子模块，用于对接收的图像信号进行低通滤波；以及

位移确定子模块，用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值。

具体而言，位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：

确定低通滤波后的图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；

根据低通滤波后的图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于峰值与下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心；

位移确定子模块用于对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点位置。

此外，根据本发明的图像处理装置可以进一步包括：

线阵芯片控制模块，用于根据接收模块接收的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据表面特性调整光源的发光功率、和/或线阵感光芯片的曝光时间；

线阵芯片控制模块还用于在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，通过以下方式中的至少之一对线阵感光芯片进行控制：

为线阵感光芯片提供FPGA的寄存器配置参数，对线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对线阵感光芯片的启动进行控制，对线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

此外，根据本发明的图像处理装置可以进一步包括：

存储控制模块，用于将图像处理模块确定的相对位移值、和/或来自线阵感光芯片的图像信号存储至FPGA的外接存储器和/或FPGA的内置存储器中，以及从外接存储器和/或内置存储器中读取被存储的相对位移值、和/或图像信号；

传输模块，用于在需要输出相对位移值和/或图像信号的情况下，通过FPGA处理芯片的输出接口，输出由存储控制模块从外接存储器和/或内置存储器中读取的相对位移值和/或图像信号、或者直接输出由图像处理模块接收到的图像信号和/或由图像处理模块确定的位移值。

此外，接收模块从线阵感光芯片接收的图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号；

可选地，上述线阵感光芯片为线阵CMOS芯片或线阵CCD芯片。

根据本发明的再一方面，提供了一种用于位移传感器的图像处理方法。

根据本发明的用于位移传感器的图像处理方法包括：

FPGA处理芯片从与其连接的线阵感光芯片接收图像信号；

FPGA处理芯片对接收的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

其中，FPGA处理芯片对接收的图像信号进行滤波的方式为低通滤波；在确定位移值时，FPGA处理芯片根据确定的图像轮廓的中心点位置与预设参考点的位置来确定相对位移值。

具体而言，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置包括以下至少之一：

确定低通滤波后的图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；

根据低通滤波后的图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于峰值与下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；

位移确定子模块用于对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。

此外，根据本发明的图像处理方法可以进一步包括：

在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，根据接收的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据表面特性调整光源的发光功率、和/或线阵感光芯片的曝光时间；

不仅如此，在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，根据本发明的图像处理方法可以进一步通过以下方式中的至少之一对线阵感光芯片进行控制：

为线阵感光芯片提供FPGA处理芯片的寄存器配置参数，对线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对线阵感光芯片的启动进行控制，对线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

此外，根据本发明的图像处理方法可以进一步包括：

将相对位移值、和/或来自线阵感光芯片的图像信号存储至FPGA处理芯片的内置存储器和/或外接存储器中；

在需要输出相对位移值和/或图像信号的情况下，将从内置存储器和/或外接存储器中读取的相对位移值和/或图像信号输出，或者将从线阵感光芯片接收的图像信号和/或确定得到的相对位移值直接输出。

此外，来自线阵感光芯片的图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号。

可选地，线阵感光芯片为线阵CMOS芯片或线阵CCD芯片。

可选地，图像处理装置与线阵感光芯片直接连接。

本发明能够实现以下有益效果：

(1)本发明提出将FPGA处理芯片与线阵传感芯片连接，并在FPGA本地针对线阵传感芯片采集的图像信号进行处理得到位移值(即，完成了位移传感)，能够充分利用FPGA芯片的并行高速处理能力，完全由FPGA实现实时图像处理，避免采用大体积的系统(如PC端等上位机)或其他用于进行图像处理的设备(如数字信号处理器(DSP)等)，不仅便于安装和使用、让系统更加简洁、降低了系统的成本和能耗，而且省去了信号在FPGA与上位机或DSP等设备之间的传输，有效保证了处理的实时性(例如，如果将本发明提出的系统应用于工业生产中，这种高实时性的处理有助于让工业生产中出现的故障及时得到排查)；另外，本发明提出的FPGA芯片在进行图像处理时，基于图像轮廓的中心点来确定相对位移值，使得图像处理所采用的方法能够有效适用于线阵传感芯片，从而保证了位移传感的精度；而且由于处理过程的复杂度较低，进一步提高了处理的实时性，降低了图像处理对于硬件的需求；

(2)本发明针对图像信号采用低通滤波的去噪方案，能够在由于激光散射强度较强导致线性传感芯片(如CMOS芯片)所产生的图片会形成饱和失真特性(即，单点激光在CMOS成像中由高斯波形恶化为中间凹陷的双峰波形，而常规的中值滤波、高斯滤波、均值滤波图像处理方法对CMOS传感器的饱和波形失真失效)的情况下，有效消除高频噪声和CMOS传感器饱和波形失真，从而显著降低噪声，使得原始图像轮廓光滑，以便正确地确定和提取轮廓中心点位置，有助于得到更加精确的相对位移值；

(3)本发明通过采用重心确定或曲线拟合的方式来确定图像轮廓的中心点，能够让图像处理方法有效适用于线阵芯片采集的图像信号，使得处理结果满足高精度要求，而且处理过程简单有效，复杂度较低，能够提高处理的效率；

(4)本发明采用线阵芯片控制模块对图像信号进行分析并基于分析结果调整线阵感光芯片和光源，能够进一步优化图像信号质量，从而进一步提高后续相对位移检测的精确度；

(5)本发明通过采用传输模块，将原始图像信号和/或经图像处理得到的相对位移值传输给其他设备，有助于让与FPGA处理芯片连接的其他设备也能够获取位移检测的相对位移值和采集到的图像信号，有助于对整个位移传感器的检测对象以及位移传感器本身工作状态进行监控和故障排查，使得管理更加方便，节省了人力和时间成本；

(6)借助于FPGA处理芯片上的显示屏，能够在FPGA本地直接显示图像处理得到的或暂存的位移值，使得操作人员能够直观、容易地获知位移传感的实时数据；

(7)通过采用DDR3存储器配合FPGA处理芯片，以存储图像处理得到的位移值或进一步存储图像信号，能够缩短数据存取的时间，提高位移传感器的工作效率，还有助于对位移传感情况实时进行监控，及时进行故障排查；

(8)本发明通过将FPGA处理芯片与线阵感光芯片直接连接，能够使线阵感光芯片直接向FPGA处理芯片传输TTL信号或CMOS电平信号，从而省去了信号转换的步骤以及图像采集卡等设备，有助于进一步缩减设备体积、提高处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的用于位移传感器的图像处理系统的简要结构框图；

图2是根据本发明一个实施例的用于位移传感器的图像处理系统的结构框图；

图3是根据本发明另一实施例的用于位移传感器的图像处理系统的结构框图；

图4是根据本发明实施例的用于位移传感器的图像处理装置的框图；

图5是根据本发明实施例的用于位移传感器的图像处理方法的流程图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

根据本发明的实施例，提供了一种用于位移传感器的图像处理系统。

如图1所示，根据本发明实施例的用于位移传感器的图像处理系统主要包括线阵感光芯片1以及与之直接连接的FPGA处理芯片2(也可以被称为FPGA处理系统等)。线阵感光芯片1能够将外部激光信号转换成图像信号传输给FPGA处理芯片。FPGA处理芯片用于确定相对位移值，即，实现位移传感的功能(只需要在FPGA本地即可实现位移传感，无需借助上位机或其他图像处理设备)。相比于传统技术中通常采用的DSP+FPGA硬件架构或者ARM+FPGA硬件架构，本发明实施例的硬件架构更加简洁，更加便于部署，成本和能耗较低。

在一个实施例中，线阵感光芯片1可以是线阵CMOS芯片。在一个实施例中，线阵感光芯片1可以是线阵CCD芯片。可选地，线阵感光芯片1和FPGA处理芯片2之间可以直接连接(如图1所示的实施例)，或者两者之间也可以经由其他设备间接连接。如果线阵感光芯片1和FPGA处理芯片2直接连接，则阵感光芯片可以将图像信号以FPGA处理芯片能够直接处理的格式或类型输出给FPGA处理芯片，有助于减小设备体积并降低成本。可选地，线阵感光芯片1和FPGA处理芯片2之间通过通用输入/输出接口(通用I/O接口)连接，或者，线阵感光芯片1和FPGA处理芯片2之间也可以通过其他接口连接。

如图2所示，根据本发明实施例的用于位移传感器的图像处理系统除了线阵感光芯片1和FPGA处理芯片2之外，还可以包括存储器3(在图2所示的实施例中，该存储器3为FPGA处理芯片2的外接存储器)。其中，在图2所示的实施例中，FPGA处理芯片2包括接收模块21、图像处理模块22、以及存储控制模块23，接收模块21连接至线阵感光芯片1，图像处理模块22连接至接收模块21，存储控制模块23连接至存储器3和图像处理模块22(或者，图像处理模块22与存储控制模块23以及存储器3之间可以采用其他的连接关系，只要能够让存储控制模块23对存储器3的数据存储和读取进行控制即可)。其中，图像处理模块22用于对来自线阵感光芯片1的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据图像轮廓的中心点位置确定相对位移值(例如，可以将确定得到的中心点位置与参考位置进行比较，将两者之差作为相对位移值)。存储控制模块23用于对存储器3进行控制，以实现图像信号和/或相对位移值的存储和读取。

在一个实施例中，上述存储器3可以是DDR3存储器。在一个实施例中，DDR3存储器可以通过FPGA处理芯片2中的硬件语言完成调用。通过采用DDR3存储器与FPGA处理芯片相配合，能够缩短位移传感器工作过程中数据存取的时间，提高位移传感器的工作效率，还有助于对位移传感结果的情况实时进行监控，及时进行故障排查。

在图2所示出的实施例中，FPGA处理芯片2与外接存储器连接。在另一实施例中，FPGA处理芯片处理得到的位移值和/或图像信号可以不经过存储而直接显示或传输给其他设备，此时，图像处理系统可以不包括存储器，相应地也可以不包括存储控制模块。

在另一实施例中，图像处理系统也可以利用FPGA处理芯片自带的内置存储器来存储位移值和/或图像信号，而不采用外接存储器。在内置存储器的空间被占满的情况下，丢弃最早存入内置存储器的数据。这样就能够在内置存储器中存储一定数据量的位移值和/或图像信号，同时还能够在一定程度上降低成本。

在另一实施例中，用于位移传感器的图像处理系统也可以既采用FPGA处理芯片的内置存储器，同时也采用FPGA处理芯片的外接存储器。

图3是根据本发明另一实施例的用于位移传感器的图像处理系统的框图。如图3所示，在本发明的一个实施例中，图像处理模块22包括低通滤波子模块221和位移确定子模块222，低通滤波子模块221连接至接收模块21，用于对由接收模块21从线阵感光芯片1接收的图像信号进行低通滤波；位移确定子模块222连接至低通滤波子模块221，用于基于滤波后的信号确定图像轮廓的中心点位置，并由此确定相对位移值。

其中，在传统技术中，在光源所发出光(例如，激光)散射强度较强时，线性传感芯片(如CMOS芯片)所产生的图片会形成饱和失真特性，即，单点激光在CMOS成像中由高斯波形恶化为中间凹陷的双峰波形。但是，通常情况下所使用的中值滤波、高斯滤波、均值滤波等图像处理方法对CMOS传感器的饱和波形失真失效，不能够有效应对，这样会导致后续的图像处理和位移确定结果存在很大的误差。而本发明的上述实施例通过采用低通滤波子模块221，能够在图片形成饱和失真特性的情况下，以低通滤波的方式有效消除高频噪声和CMOS传感器饱和波形失真，从而显著降低图像信号中的噪声，有助于得到更加精确的相对位移值，有效改善了位移传感器的精度。

由于图像处理模块22与存储控制模块23连接，所以存储控制模块23能够将位移确定子模块222处理后得到的相对位移值调出以便存储在存储器3(和/或内置存储器)中。不仅如此，存储控制模块23还可以将来自接收模块21的图像信号(可以是滤波器前或滤波后的图像信号)从位移确定子模块222中调取出以便存储在存储器3(和/或内置存储器)中。

在一个实施例中，位移确定子模块222用于通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的图像信号的峰值点(即，图像信号波形的最大值)，确定该峰值点包括确定峰值的大小以及峰值点的所在位置；根据该峰值点的所在位置选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点位置。在本实施例中，可以理解为位移确定子模块首先基于图像的波形选择了峰值点以及多个点，并根据这些点确定图像重心的所在位置，之后将该重心的所在位置作为图像轮廓的中心点位置。在根据峰值点的所在位置选择多个点时，可以将该峰值点的位置作为中心，在其左右两侧的置选择一个或多个点(从两侧选择的点的数量应当是相同的，例如从每一侧均选择2个点)；之后，基于峰值点和选择的点，可以利用确定重心的方法(例如，重心计算公式)来确定重心，确定的重心可以作为图像轮廓的中心点。

在另一实施例中，位移确定子模块222用于通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：根据低通滤波后的图像信号的峰值确定下限值，具体而言，可以预先配置下限值与峰值之间的比例关系，在取值时，根据该比例关系和峰值大小确定下限值，例如，下限值可以取峰值的0.9倍、0.7倍、或0.5倍等取值(假设峰值为Y，下限值为峰值的0.7倍，则下限值的取值为0.7Y)。在确定了下限值之后，就能够确定图像信号中下限值与上限值(峰值)之间的所有数据(将图像信号中位于峰值与下限值之间的部分图像信号选择出来)。接下来，基于这些选择的图像信号(数据)，就能够利用确定重心的方法(例如，重心计算公式)来确定重心，确定的重心位置可以作为图像轮廓的中心点位置。在一个具体实施例中，下限值与峰值之间的比例关系(例如，下限值取峰值的0.5倍、0.7倍、0.9倍等)可以根据反光物体的表面特性(例如，可以包括反射率和/或粗糙度等参数)进行调节，从而让图像轮廓的中心点位置确定结果更加准确。

在另一实施例中，位移确定子模块222用于通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，得到曲线波形，这样就可以确定曲线的峰值点位置，进而确定曲线确定图像轮廓的中心点位置。在一具体实施例中，可以截取图像信号的一部分波形用于曲线拟合，用于曲线拟合的部分应当包含图像信号中的峰值点。在一具体实施例中，在拟合得到曲线后，可以直接将该曲线的最大值点所在位置(峰值点的位置)作为图像轮廓的中心点位置。

在其他实施例中，上述三种确定图像轮廓的中心点位置的方法也可以组合使用，在采用不同的方法确定的中心点位置不同时，可以对多个不同结果进行平均等操作，最终确定图像轮廓的中心点位置。

借助于重心确定或曲线拟合的方式来确定图像轮廓的中心点，能够让中心点的确定方式有效适用于线阵芯片采集的图像信号，使得处理结果满足高精度要求，而且处理过程简单有效，复杂度较低，能够提高处理的效率。

在其他实施例中，位移确定子模块222能够采用其他方法来确定图像轮廓的中心点位置。

此外，参见图3，在本发明的一实施例中，FPGA处理芯片2还可以进一步包括：线阵芯片控制模块25，连接至线阵感光芯片1、以及光源(例如，可以是激光器，图中未示出)，用于根据来自线阵感光芯片1的图像信号确定反光物体的表面特性(例如，可以确定反射率和/或粗糙度)，并根据表面特性调整光源的发光功率、和/或线阵感光芯片1的曝光时间。这样，线阵芯片控制模块25能够进一步优化图像信号质量，从而进一步提高后续相对位移检测的精确度。在一个实施例中，线阵芯片控制模块25可以与接收模块21连接，从接收模块21获取原始图像信号(未经滤波的图像信号)；或者，线阵芯片控制模块25可以直接从线阵感光芯片1获取图像信号；或者，线阵芯片控制模块25可以与图像处理模块22连接，并从图像处理模块22获取经过滤波后的图像信号。

在一个实施例中，线阵芯片控制模块25还能够对线阵感光芯片执行其他各种控制操作，例如，可以包括以下至少之一：为线阵感光芯片1提供寄存器配置参数(例如，可以包括FPGA处理芯片的寄存器地址等)，对线阵感光芯片1的时钟频率进行控制，对线阵感光芯片1的启动进行控制，对线阵感光芯片1的图像信号发送进行控制。

此外，在本发明的另一实施例中，如图3所示，上述图像处理系统还可以进一步包括传输模块26，连接至图像处理模块22。

在一实施例中，传输模块26可以连接至存储器3，用于输出由存储控制模块23从存储器3中读取的图像信号和/或位移值。在另一实施例中，传输模块26可以同时连接至存储控制模块23和存储器3。在FPGA处理芯片包含内置存储器的实施例中，传输模块可以与内置存储器连接(或者，传输模块在连接至内置存储器的同时也可以进一步连接至存储控制模块)，以输出内置存储器中存储的图像信号和/或相对位移值。

传输模块26作为FPGA处理芯片的输出接口，例如，其能够用于向FPGA的外接设备输出由接收模块21从线阵感光芯片1接收的图像信号(可以是经过滤波或未经过滤波的信号、也可以根据控制将两种图像信号均输出)、和/或由图像处理模块22确定(或从外接存储器3、内置存储器中读取)的相对位移值。这样，有助于让与FPGA处理芯片连接的其他设备也能够获取位移检测的实时结果和采集到的图像信号，有助于对整个位移传感器的检测对象以及位移传感器本身工作状态进行监控和故障排查，使得管理更加方便，节省了人力和时间成本。

可选地，传输模块26可以设置有用于连接外部设备的输出接口，该输出接口包括以下至少之一：USB接口(例如，可以是USB3.0接口，也可以是USB2.0接口)、以太网接口(例如，可以是千兆以太网接口)、RS232接口、RS485接口、工业以太网控制自动化技术(Ethercat)接口。

此外，在一个实施例中，上述FPGA处理芯片2可以进一步包括显示屏(未示出)，显示屏用于显示相对位移值，可以与图像处理模块22连接，以直接显示由图像处理模块22处理得到的相对位移值。在另一实施例中，显示屏可以连接至存储器3(和/或内置存储器)，从而显示存储控制模块23从存储器3(和/或内置存储器)中读取的相对位移值。在另一实施例中，显示屏可以同时连接至图像处理模块22、存储器3以及内置存储器，从而既能够显示图像处理模块22处理得到的相对位移值，也能够显示存储在存储器3以及内置存储器中的相对位移值。这样，就能够在FPGA本地直接显示图像处理得到的或暂存的位移值，使得操作人员能够直观、容易地获知位移传感的数据。

此外，在本发明上述多个实施例中，接收模块21从线阵感光芯片1接收的图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号，从而省去了信号转换的步骤以及图像采集卡等信号转换设备，有助于进一步缩减设备体积、提高处理效率。

综上所述，以上多个实施例中所描述的图像处理系统将图像采集、传输和图像处理完全集成于一块FPGA芯片中，使得系统整体体积缩小、功耗降低，充分利用FPGA芯片的并行高速处理能力，完全由FPGA实现实时图像处理方法，有效克服了目前常用二维图像处理方法不适用于线阵传感芯片的问题，而且性能非常稳定。本发明提出的方案适用于各种位移传感器，在对于体积、精度、系统速度、稳定性等要求较高的场景中满足相应的需求，例如，非常适用于非接触式激光三角位移传感器。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于位移传感器的图像处理装置。

该图像处理装置基于FPGA实现，如图4所示，根据本发明实施例的用于位移传感器的图像处理装置包括：

接收模块21，用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；

图像处理模块22，用于对接收的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

在一个实施例中，上述线阵感光芯片为线阵CMOS芯片。在另一实施例中，上述线阵感光芯片为CCD芯片。

在一个实施例中，上述图像处理模块21可以包括：低通滤波子模块，用于对接收的图像信号进行低通滤波。通过采用低通滤波子模块，能够在图片形成饱和失真特性的情况下，以低通滤波的方式有效消除高频噪声和CMOS传感器饱和波形失真，从而显著降低噪声，有助于得到更加精确的相对位移值，有效改善了位移传感器的精度。

在一个实施例中，上述图像处理模块21还可以包括位移确定子模块，用于基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据中心点位置以及预设参考点的位置确定相对位移值(例如，可以基于中心点与参考点的位置差值确定相对位移值)。

在一个实施例中，位移确定子模块222用于通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的图像信号的峰值点(即，图像信号波形的最大值)所在位置，根据该峰值点的所在位置选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点位置。在本实施例中，可以理解为位移确定子模块首先基于图像的波形选择了峰值点以及多个点，并根据这些点确定图像重心的所在位置，之后将该重心的所在位置作为图像轮廓的中心点位置。在一具体实施例中，在根据峰值点的所在位置选择多个点时，可以将该峰值点的位置作为中心，在其左右两侧的置选择一个或多个点(从两侧选择的点的数量应当是相同的，例如，从每一侧均选择2个点)；之后，基于峰值点和选择的点，可以利用确定重心的方法(例如，重心计算公式)来确定重心，确定的重心可以作为图像轮廓的中心。

在另一实施例中，位移确定子模块222用于通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：根据低通滤波后的图像信号的峰值确定下限值，可以预先配置下限值与峰值之间的比例关系，在取值时，根据该比例关系和峰值大小确定下限值，例如，下限值可以取峰值的0.9倍、0.7倍、或0.5倍等取值(假设峰值为Y，下限值为峰值的0.7倍，则下限值的取值为0.7Y)。在确定了下限值之后，就能够确定图像信号中下限值与上限值(峰值)之间的所有数据。接下来，基于这些数据，就能够利用确定重心的方法(例如，重心计算公式)来确定重心，确定的重心位置可以作为图像轮廓的中心点位置。在一个具体实施例中，下限值与峰值之间的比例关系(例如，下限值取峰值的0.5倍、0.7倍、0.9倍等)可以根据反光物体的表面特性(例如，可以包括反射率和/或粗糙度等参数)进行调节，从而让图像轮廓的中心点更加准确。

在另一实施例中，位移确定子模块222用于通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，得到曲线波形，这样就可以确定曲线的峰值位置，进而确定曲线确定图像轮廓的中心点位置。在一具体实施例中，可以截取图像信号的一部分波形用于曲线拟合，用于曲线拟合的部分应当包含图像信号中的峰值点。另外，在拟合得到曲线后，可以直接将该曲线的最大值(峰值点)的位置作为图像轮廓的中心点位置。

在其他实施例中，上述三种确定图像轮廓的中心点位置的方法也可以组合使用，在采用不同的方法得到不同的中心点位置时，可以对多个不同结果进行平均等操作，最终确定图像轮廓的中心点位置。

借助于重心确定或曲线拟合的方式来确定图像轮廓的中心点，能够让中心点的确定方式有效适用于线阵芯片采集的图像信号，使得处理结果满足高精度要求，而且处理过程简单有效，复杂度较低，能够提高处理的效率。

在其他实施例中，位移确定子模块还能够采用其他方法来确定图像轮廓的中心点位置。

在一个实施例中，上述图像处理装置可以进一步包括：

线阵芯片控制模块，连接至线阵感光芯片、接收模块、以及光源(例如，可以激光器)，用于根据接收模块接收的图像信号确定反光物体的表面特性(例如，可以确定反射率和/或粗糙度)，并根据表面特性调整光源的发光功率、和/或线阵感光芯片的曝光时间。通过采用线阵芯片控制模块对图像信号进行分析并基于分析结果调整线阵感光芯片和光源，能够进一步优化图像信号质量，从而进一步提高后续相对位移检测的精确度。

在另一实施例中，线阵芯片控制模块还用于在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，通过以下方式中的至少之一对线阵感光芯片进行控制：为线阵感光芯片提供FPGA处理芯片的配置参数(例如，可以包括FPGA处理芯片的寄存器地址)，对线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对线阵感光芯片的启动进行控制，对线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

在一个实施例中，上述图像处理装置可以进一步包括：

存储控制模块，用于将图像处理模块确定的相对位移值、和/或来自线阵感光芯片的图像信号存储至外接存储器和/或FPGA的内置存储器中，以及从外接存储器和/或FPGA的内置存储器中读取被存储的相对位移值、和/或图像信号；

传输模块，用于在需要输出相对位移值和/或图像信号的情况下，通过FPGA处理芯片的输出接口，输出由存储控制模块从外接存储器和/或内置存储器中读取的相对位移值和/或图像信号、或者直接输出由图像处理模块接收到的图像信号和/或由图像处理模块确定的位移值。

通过采用传输模块和存储器，能够将原始图像信号和/或经图像处理得到的相对位移值传输给其他设备，有助于让与FPGA处理芯片连接的其他设备也能够获取位移检测的相对位移值和采集到的图像信号，有助于对整个位移传感器的检测对象以及位移传感器本身工作状态进行监控和故障排查，使得管理更加方便，节省了人力和时间成本。传输模块能够传输实时处理结果，以便让管理人员实时了解位移状况。

此外，在一个实施例中，图像处理装置可以基于FPGA实现，且FPGA可以与线阵感光芯片直接连接，此时线阵感光芯片可以直接将TTL电平信号或者CMOS电平信号提供给FPGA，FPGA内部的模块可以直接对这些信号进行处理。这样能够省去了信号转换的步骤以及图像采集卡等设备，有助于进一步缩减设备体积、提高处理效率。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于位移传感器的图像处理方法。

如图5所示，根据本发明实施例的用于位移传感器的图像处理方法包括：

步骤S501，FPGA处理芯片从与其连接的线阵感光芯片接收图像信号；

步骤S503，FPGA处理芯片对接收的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值(例如，在确定中心点位置后，可以根据中心点位置和预设参考点的位置，确定两者之间的差值，进而得到相对位移值)。

在一个实施例中，上述线阵感光芯片为线阵CMOS芯片。在另一实施例中，上述线阵感光芯片为线阵CCD芯片。

在一个实施例中，FPGA处理芯片对接收的图像信号进行滤波的方式为低通滤波。借助于低通滤波的方式，能够在图片形成饱和失真特性的情况下，有效消除高频噪声和CMOS传感器饱和波形失真，从而显著降低噪声，有助于得到更加精确的相对位移值，有效改善了位移传感器的精度。

在一个实施例中，可以通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：确定低通滤波后的图像信号的峰值点(即，图像信号波形的最大值)所在位置，根据该峰值点的所在位置选择图像信号的多个点并根据峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点位置。在本实施例中，可以理解为位移确定子模块首先基于图像的波形选择了峰值点以及多个点，并根据这些点确定图像重心的所在位置，之后将该重心的所在位置作为图像轮廓的中心点位置。在一具体实施例中，在根据峰值点的所在位置选择多个点时，可以将该峰值点的位置作为中心，在其左右两侧的置选择一个或多个点(从两侧选择的点的数量应当是相同的，例如从每一侧均选择2个点)；之后，基于峰值点和选择的点，可以利用确定重心的方法(例如，重心计算公式)来确定重心，确定的重心可以作为图像轮廓的中心。

在另一实施例中，可以通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：根据低通滤波后的图像信号的峰值确定下限值，可以预先配置下限值与峰值之间的比例关系，在取值时，根据该比例关系和峰值大小确定下限值，例如，下限值可以取峰值的0.9倍、0.7倍、或0.5倍等取值(假设峰值为Y，下限值为峰值的0.7倍，则下限值的取值为0.7Y)。在确定了下限值之后，就能够确定图像信号中下限值与上限值(峰值)之间的所有数据。接下来，基于这些数据，就能够利用确定重心的方法(例如，重心计算公式)来确定重心，确定的重心位置可以作为图像轮廓的中心点位置。在一个具体实施例中，下限值与峰值之间的比例关系(例如，下限值取峰值的0.5倍、0.7倍、0.9倍等)可以根据反光物体的表面特性(例如，可以包括反射率和/或粗糙度等参数)进行调节，从而让图像轮廓的中心点更加准确。

在另一实施例中，可以通过以下方式确定图像轮廓的中心点位置：对低通滤波后的图像信号的波形进行曲线拟合，得到曲线波形，这样就可以确定曲线的峰值位置，进而确定曲线确定图像轮廓的中心点位置。在一具体实施例中，可以截取图像信号的一部分波形用于曲线拟合，用于曲线拟合的部分应当包含图像信号中的峰值点。另外，在拟合得到曲线后，可以直接将该曲线的最大值位置作为图像轮廓的中心点位置。

在其他实施例中，上述三种确定图像轮廓的中心点位置的方法也可以组合使用，在采用不同的方法得到不同的中心点位置时，可以对多个不同结果进行平均等操作，最终确定图像轮廓的中心点位置。

借助于重心确定或曲线拟合的方式来确定图像轮廓的中心点，能够让中心点的确定方式有效适用于线阵芯片采集的图像信号，使得处理结果满足高精度要求，而且处理过程简单有效，复杂度较低，能够提高处理的效率。

在一个实施例中，在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，可以根据接收的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据表面特性调整光源的发光功率、和/或线阵感光芯片的曝光时间。通过对图像信号进行分析并基于分析结果调整线阵感光芯片和光源，能够进一步优化图像信号质量，从而进一步提高后续相对位移检测的精确度。

在一个实施例中，在线阵感光芯片采集图像信号的过程中，还可以进一步通过以下方式中的至少之一对线阵感光芯片进行控制：为线阵感光芯片提供工作所需的配置参数(例如，可以包括FPGA处理芯片的寄存器配置参数)，对线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对线阵感光芯片的启动进行控制，对线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

在一个实施例中，上述图像处理方法可以进一步包括：

将相对位移值、和/或图像信号存储至FPGA处理芯片的外接存储器和/或内置存储器中(这里存储的图像信号可以是滤波前的原始图像信号，也可以是滤波后的图像信号)；

在需要输出相对位移值和/或图像信号的情况下，将从外接存储器和/或内置存储器中读取的相对位移值和/或图像信号输出，或者将从线阵感光芯片接收的图像信号和/或确定得到的相对位移值直接输出。

通过采用保存和传输原始图像信号和/或经图像处理得到的相对位移值传输给其他设备，有助于让与FPGA处理芯片连接的其他设备也能够获取位移检测的相对位移值和采集到的图像信号，有助于对整个位移传感器的检测对象以及位移传感器本身工作状态进行监控和故障排查，使得管理更加方便，节省了人力和时间成本。在传输时，传输的内容可以根据需要来选择，例如，可以传输实时得到的相对位移值结果，以便让管理人员实时了解位移状况。

此外，在一个实施例中，上述FPGA处理芯片可以与线阵感光芯片直接连接，来自线阵感光芯片的图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号。这样就省去了信号转换的步骤以及图像采集卡等设备，使FPGA能够直接处理来自线阵感光芯片的信号，有助于进一步缩减设备体积、提高处理效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种用于位移传感器的图像处理系统，包括线阵感光芯片和FPGA处理芯片，其特征在于，所述线阵感光芯片与所述FPGA处理芯片相连接；

所述FPGA处理芯片包括接收模块和图像处理模块，其中，

所述接收模块用于接收来自所述线阵感光芯片的图像信号；

所述图像处理模块用于对所述接收模块所接收到的图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

2.根据权利要求1所述的图像处理系统，其特征在于，所述图像处理模块包括低通滤波子模块和位移确定子模块，其中，

所述低通滤波子模块，用于对所述接收模块接收的图像信号进行低通滤波；

所述位移确定子模块，用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据所述中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值；

其中，所述位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：

确定低通滤波后的所述图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择所述图像信号的多个点并根据所述峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；

根据低通滤波后的所述图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于所述峰值与所述下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；

所述位移确定子模块用于对低通滤波后的所述图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。

3.根据权利要求1所述的图像处理系统，其特征在于，所述FPGA处理芯片进一步包括：

线阵芯片控制模块，用于根据来自所述线阵感光芯片的图像信号确定反光物体的表面特性，并根据所述表面特性调整所述光源的发光功率、和/或所述线阵感光芯片的曝光时间。

4.根据权利要求3所述的图像处理系统，其特征在于，所述线阵芯片控制模块还用于在所述线阵感光芯片采集图像信号的过程中，通过以下方式中的至少之一对所述线阵感光芯片进行控制：

为所述线阵感光芯片提供所述FPGA处理芯片的寄存器配置参数，对所述线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对所述线阵感光芯片的启动进行控制，对所述线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

5.根据权利要求1所述的图像处理系统，其特征在于，进一步包括：

存储器，用于存储图像信号和/或相对位移值；

存储控制模块，用于对所述存储器进行控制，以实现图像信号和/或相对位移值的存储和读取。

6.根据权利要求5所述的图像处理系统，其特征在于，所述存储器包括所述FPGA处理芯片的内置存储器和/或所述FPGA处理芯片的外接存储器，所述外接存储器为DDR3存储器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像处理系统，其特征在于，进一步包括：

传输模块，用于输出图像信号和/或由所述图像处理模块确定的相对位移值；

其中，所述传输模块设置有用于连接外部设备的输出接口，该输出接口包括以下至少之一：USB接口、以太网接口、RS232接口、RS485接口、工业以太网控制自动化技术接口。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的图像处理系统，其特征在于，所述FPGA处理芯片进一步包括显示屏，用于显示所述相对位移值。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的图像处理系统，其特征在于，

所述线阵感光芯片为线阵CMOS芯片或者线阵CCD芯片；

所述线阵感光芯片和所述FPGA处理芯片之间通过通用输入/输出接口直接连接；

所述接收模块从所述线阵感光芯片接收的所述图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号。

10.一种用于位移传感器的图像处理装置，其特征在于，所述图像处 理装置基于FPGA实现，所述图像处理装置包括：

接收模块，用于接收来自线阵感光芯片的图像信号；

图像处理模块，用于对接收的所述图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

11.根据权利要求10所述的图像处理装置，其特征在于，所述图像处理模块包括：

低通滤波子模块，用于对接收的所述图像信号进行低通滤波；以及

位移确定子模块，用于基于低通滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置，并根据所述中心点位置与预设参考点的位置确定相对位移值。

12.根据权利要求11所述的图像处理装置，其特征在于，所述位移确定子模块用于通过以下方式中的至少之一确定图像轮廓的中心点位置：

确定低通滤波后的所述图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择所述图像信号的多个点并根据所述峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；

根据低通滤波后的所述图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于所述峰值与所述下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心；

所述位移确定子模块用于对低通滤波后的所述图像信号的波形进行曲线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点位置。

13.根据权利要求10所述的图像处理装置，其特征在于，进一步包括：

线阵芯片控制模块，用于根据所述接收模块接收的所述图像信号确定反光物体的表面特性，并根据所述表面特性调整所述光源的发光功率、和/或所述线阵感光芯片的曝光时间；

所述线阵芯片控制模块还用于在所述线阵感光芯片采集图像信号的过程中，通过以下方式中的至少之一对所述线阵感光芯片进行控制：

为所述线阵感光芯片提供FPGA的寄存器配置参数，对所述线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对所述线阵感光芯片的启动进行控制，对所述线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

14.根据权利要求10所述的图像处理装置，其特征在于，进一步包括：

存储控制模块，用于将所述图像处理模块确定的所述相对位移值、和/ 或来自所述线阵感光芯片的所述图像信号存储至FPGA的外接存储器和/或FPGA的内置存储器中，以及从所述外接存储器和/或内置存储器中读取被存储的所述相对位移值、和/或图像信号；

传输模块，用于在需要输出所述相对位移值和/或图像信号的情况下，通过所述FPGA处理芯片的输出接口，输出由所述存储控制模块从所述外接存储器和/或内置存储器中读取的相对位移值和/或图像信号、或者直接输出由所述图像处理模块接收到的图像信号和/或由所述图像处理模块确定的位移值。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，

所述接收模块从所述线阵感光芯片接收的所述图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号；

所述线阵感光芯片为线阵CMOS芯片或线阵CCD芯片。

16.一种用于位移传感器的图像处理方法，其特征在于，包括：

FPGA处理芯片从与其连接的线阵感光芯片接收图像信号；

所述FPGA处理芯片对接收的所述图像信号进行滤波，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置并确定相对位移值。

17.根据权利要求16所述的图像处理方法，其特征在于，所述FPGA处理芯片对接收的所述图像信号进行滤波的方式为低通滤波；在确定位移值时，所述FPGA处理芯片根据确定的图像轮廓的中心点位置与预设参考点的位置来确定相对位移值。

18.根据权利要求17所述的图像处理方法，其特征在于，基于滤波后的图像信号确定图像轮廓的中心点位置包括以下至少之一：

确定低通滤波后的所述图像信号的峰值点，在该峰值点两侧选择所述图像信号的多个点并根据所述峰值点和选择的点确定图像轮廓的中心点；

根据低通滤波后的所述图像信号的峰值以及预先配置的下限值与峰值之间的比例关系确定下限值，选择位于所述峰值与所述下限值之间的图像信号，并根据所选择的图像信号确定图像轮廓的中心点；

所述位移确定子模块用于对低通滤波后的所述图像信号的波形进行曲 线拟合，根据拟合得到的曲线的峰值点确定图像轮廓的中心点。

19.根据权利要求16所述的图像处理方法，其特征在于，进一步包括：

在所述线阵感光芯片采集图像信号的过程中，根据接收的所述图像信号确定反光物体的表面特性，并根据所述表面特性调整光源的发光功率、和/或所述线阵感光芯片的曝光时间；

并且，在所述线阵感光芯片采集图像信号的过程中，进一步通过以下方式中的至少之一对所述线阵感光芯片进行控制：

为所述线阵感光芯片提供所述FPGA处理芯片的寄存器配置参数，对所述线阵感光芯片的时钟频率进行控制，对所述线阵感光芯片的启动进行控制，对所述线阵感光芯片的图像信号发送进行控制。

20.根据权利要求16所述的图像处理方法，其特征在于，进一步包括：

将所述相对位移值、和/或图像信号存储至所述FPGA处理芯片的内置存储器和/或外接存储器中；

在需要输出相对位移值和/或图像信号的情况下，将从所述内置存储器和/或外接存储器中读取的相对位移值和/或图像信号输出，或者将接收到的所述图像信号和/或确定得到的所述相对位移值直接输出。

21.根据权利要求16所述的图像处理方法，其特征在于，

来自所述线阵感光芯片的所述图像信号为TTL电平信号或者CMOS电平信号；

所述线阵感光芯片为线阵CMOS芯片或线阵CCD芯片；

所述FPGA处理芯片与所述线阵感光芯片直接连接。