基于PSD的激光跟踪坐标测量系统

建立了基于位置敏感探测器(PSD)的激光跟踪坐标测量系统,分析了单路球坐标激光跟踪测量系统的结构与跟踪系统对PSD信号处理电路的要求,搭建了快速、准确的PSD信号处理电路;找出了PSD上的位置反馈信息与被跟踪目标位移的对应关系.针对光路调节方法和光路误差对测量误差的影响,分析了光路对跟踪控制的影响.实验证明:所建立的跟...     

改进型二维位置敏感探测器检测误差的校正

分析了改进表面分流型二维位置敏感探测器(PSD)的工作原理及信号调理电路,针对PSD位置检测误差大的缺点,设计了利用万能工具显微镜进行标定的实验系统,运用误差理论对传感器在A区和B区的X向及Y向位置测试数据进行了校正。实验结果表明:应用这种校正方法,可减少PSD的位置检测误差,其中,A区位置检测误差可减少到±0.02mm。     

基于坐标变换的六维力传感器静态标定方法

为了提高传感器的测量精度,研究了六维力传感器标定矩阵的构造方法。首先,指出了传统标定矩阵的物理意义。然后,在传统标定矩阵中引入坐标平移变换算式,提出了一种综合考虑位置、姿态、坐标轴刻度比例缩放变换关系的六维力传感器静态标定方法。在标定试验的基础上,构造了标定矩阵,并对实测数据进行了补偿计算。误差分析表明:在传感测量系统无平移系统误差时,与传统标定方法相比,该方法的补偿精度略有下降。当在传感测量中加入平移系统误差时,该方法的补偿精度不变,而传统标定方法的测量精度明显下降。该方法起到了消除平移系统误差作用。     

Stewart型六维力传感器的标定方法研究

I、II类误差是影响Stewart型六维力传感器测量精度的主要因素,对Stewart型六维力传感器的测力原理和误差引入原因做了简要的介绍。为提高传感器的实际测量精度,减小测量误差,提出了一种基于标定杆的标定方案。通过理论分析验证了该方案的可行性并通过有限元仿真软件ANSYS完成了Stewart型六维力传感器的静态标定仿真实验,标定前后传感器测量精度的对比证明该方案可有效提高传感器的实际测量精度,降低I、II类误差。     

双LD-双PSD同轴度测量技术研究

介绍了双LD-双PSD同轴度测量仪的结构：在主、从动轴上相向各固定一支半导体激光准直光源（LD）和光斑位置传感器（PSD）,激光束在对方的PSD光敏面上形成测量光斑;据该结构建立了测量过程的数学模型,讨论了所存在的主要系统误差以及为消除系统误差的影响所应采取的措施;结论：若激光器不存在安装倾斜误差,PSD传感器也不存在安装平移误差,则在任意一个转角位置进行测量可得到4个同轴度偏差参数,否则要在任意两个转角位置进行测量方能消除激光器和PSD传感器的安装误差对测量结果的影响。     

激光传感器扫描边缘系统定位方法研究

非接触式齿轮倒角测量系统物体坐标系与运动平台坐标系的系统定位是通过人工控制XY移动平台携带激光传感器运动使激光点投射到棋盘格左下角点,该方法存在一定的人为误差,增加了齿轮倒角测量的系统误差[1].提出用激光位移传感器扫描测量标定板右侧和下侧边缘突变点位置坐标来确定标定板右下角点位置坐标信息,棋盘格有效区域左下角点与标定板右下角点间的距离已知,控制XY二维运动平台运动,使激光点投射到棋盘格有效区域左下角点的位置,完成系统定位.     

LD􀀁PSD􀀁直角棱镜同轴度测量技术研究

半导体激光准直光源(LD)和光斑位置传感器(PSD)固定在从动轴上,直角棱镜固定在主动轴上.并根据该结构建立了测量过程的数学模型,讨论了所存在的主要系统误差以及为消除系统误差的影响所应采取的措施.结论:若激光器不存在安装倾斜误差,PSD传感器也不存在安装平移误差,则在任意两个转角位置进行测量均可得到4个同轴度偏差参数,否则要在任意四个转角位置进行测量方能消除激光器和PSD传感器的安装误差对测量结果的影响.     

位置敏感探测器在转角测量中的应用

简要介绍了位置敏感检测器 (PSD)的基本原理和特点 ,以二维PSD为核心器件 ,设计制作了单镜二维激光扫描器转角测量系统。采用光学滤波和PSD后续信号处理电路相结合的方式 ,有效地消除了杂散光和暗电流的影响。对PSD作了位移标定 ,该系统可实现 30°二维转角测量 ,分辨力为 30″。     

基于PSD及激光器的空间基准系统研究

对多组阴影照相站同时抓拍的图像进行处理分析是目前弹丸飞行姿态测量的主要方法,而只有多组照相站在同一空间坐标系中时,才能将图像的特征点与该点对应的空间坐标联系起来,从而得到精确的结果;针对这一问题,提出了一种基于准直激光光源及光电位置传感器PSD的靶道空间基准系统;给出了根据准直激光光源及PSD实现靶道照相站空间坐标标定的方法;分析了此方法的测量精度;在研制的靶道空间基准系统上进行了调试,结果表明,基于准直激光光源及PSD的空间基准系统能够有效地消除人工操作引起的误差,经过对实测数据的分析,此空间基准系统的空间位置误差小于1 mm.     

近炸引信对空炸点位置测试方法研究

针对现有近炸引信对空炸点位置测试方法存在的不足,提出了基于4台光电探测靶与1个高分辨率面阵CCD相机相结合的近炸引信空中炸点的三维坐标测试方法;建立了空间炸点坐标模型,研究炸点三维坐标的计算方法;对试验获取的炸点图像,根据图像的多区域高亮度特征,采用亮度递减扩散检测的图像处理算法,实现炸点图像的重心定位;靶场试验结果表明,这种方法能够满足对空近炸引信炸点位置三维坐标的实际试验测试需求。     

一种基于线结构光的水下目标3维信息测量方法

针对现有水下探测方式精度不佳、标定误差较大、效率较低等不足,设计了一种基于线结构光的水下目标3维信息测量方法。首先利用交比不变原理求解特征点在世界坐标系下的相对位置,随后基于像面特征点的方向向量及特征点的位置信息求解其在相机坐标下的真实坐标值,利用多个特征点完成结构光平面的标定。通过目标物扫描实验验证了该方法的可行性及有效性。线结构光平面的标定仅需要对特制的简单结构立体靶标进行一次扫描即可完成,无需多次移动靶标,避免了人为误差的影响。在标定线结构光平面的同时可以同步完成位移平台各自由度的位移速度标定,有效降低了实验平台系统误差,在提升系统精度的同时也极大地提升了整个系统标定过程的效率,非常适用于大尺度线结构光系统在水下现场标定。经验证,扫描水下目标物所得3维点云坐标沿X、Y轴方向的误差均小于2%,沿Z轴方向的误差略大,平均误差2.77%。     

基于PSD的长跨度孔系同轴度误差测量系统

以激光作为准直基准,研制了基于位置敏感探测器(PSD)的长跨度孔系同轴度误差测量系统。多功能测头在孔系内通过自定心机构确定各被测截面,测头前端的PSD检测激光光斑位置以确定各孔截面中心坐标,并进而评定出孔系同轴度误差。推导出激光自准直数学模型,根据该模型由四自由度工作台调整激光器位置,实现了激光自准直。使用本测量系统完成了激光自准直实验和孔系同轴度误差测量实验。实验结果表明:经准直后激光束与工件两端孔中心连线之间的偏差在±0.032 mm以内,与三坐标测量机相比,本系统同轴度误差测量的相对误差为8%,具备了较高的准直精度和同轴度误差测量精度。     

一种基于LabVIEW的相位法PSD微位移测量系统设计

基于相位法的位置敏感探测器(PSD)检测技术较之幅值法具有处理电路简单、检测精度高、抗干扰能力强、环境适应性好等优点.利用二维双面分流型PSD和LabVIEW虚拟仪器平台,实现了基于相位法的PSD微位移测量系统的设计.实验表明:PSD输出信号的相位差和光斑位置具有良好的线性关系,非线性误差小于0.1％.     

双目系统全视域采样的SVM标定模型分析

目的 为改善摄像机间接标定采样不全、模型表达模糊问题,实现小视场下检测视域完备采样,提出一种基于双目系统全视域采样的支持向量机（SVM）标定方法。方法 该方法利用六角晶格标定板靶点序号可读特点为基础,采集整个双目系统有效视域中检测点的视差坐标、世界坐标并建立完备的样本集。选取SVM对该样本集进行训练,将SVM算法得到的模型参数代入其决策函数中进行求解,获得公式化的标定模型。由于六角晶格标定板的四角和中心分布了5个互为非中心对称的多边形,可在标定板部分区域被采集的情况下获取标定板位姿信息,进而读取采集的各靶点序号。通过上下移动标定板,利用HALCON算子获取图像中各靶点的序号,建立双目视觉系统检测区域的完备样本集。最后,利用SVM算法训练样本获得标定模型,可以明确表达出标定模型的数学形式。结果 与传统采样建立的模型进行对比分析,实验结果表明该方法建立模型的标定误差减小了24.51%,降低了标定模型在传统方法未采样区域的标定误差,证明了该方法的可行性。结论 提出一种基于双目系统全视域采样的支持向量机标定方法,通过非中心对称的多边形确定标定板上靶点的序号,实现双目视觉系统检测视域的完备采样。实验结果表明该方法提高了摄像机间接标定的精度,具有良好的适用性和鲁棒性,适用于小视域内双目视觉系统的间接标定。     

The Effect of Noise on Camera Calibration Parameters

Camera calibration is the estimation of parameters (both intrinsic and extrinsic) associated with a camera being used for imaging. Given the world coordinates of a number of precisely placed points in a 3D space, camera calibration requires the measurement of the 2D projection of those scene points on the image plane. While the coordinates of the points in space can be known precisely, the image coordinates that are determined from the digital image are often inaccurate and hence noisy. In this paper, we look at the statistics of the behavior of the camera calibration parameters, which are important for stereo matching, when the image plane measurements are corrupted by noise. We derive analytically the behavior of the camera calibration matrix under noisy conditions and further show that the elements of the camera calibration matrix have a Gaussian distribution if the noise introduced into the measurement system is Gaussian. Under certain approximations we derive relationships between the camera calibration parameters and the noisy camera calibration matrix and compare it with Monte Carlo simulations.     

基于投影仪和摄像机的结构光视觉标定方法

为实现基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统连续扫描,需要计算投影仪投影的任意光平面与摄像机图像平面的空间位置关系,进而需要求取摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系。求取摄像机的内参数,在标定板上选取四个角点作为特征点并利用摄像机内参数求取该四个特征点的外参数,从而知道四个特征点在摄像机坐标系中的坐标。利用投影仪自身参数求解特征点在投影仪坐标系中的坐标,从而计算出摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系,实现结构光视觉标定。利用标定后的视觉系统,对标定板上的角点距离进行测量,最大相对误差为0.277%,表明该标定算法可以应用于基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统。     

基于OpenCV的圆心定位在地铁隧道变形监测中的应用

为了满足复杂背景下计算机视觉检测目标高定位精度和快速提取的要求,研究了应用于地铁隧道变形监测的圆心定位技术。以OpenCV为图像开发库,通过对采集的圆形标志光源图像设置感兴趣区域、双边滤波、图像增强、边缘检测、目标识别和圆心拟合处理,计算出目标几何中心坐标,从而实现目标定位。实验结果表明：在5m拍摄距离、标定值在10mm之内时,检测误差小于0．1mm。检测精度满足变形监测系统的单点测量精度要求。     

近景大视场角分区域标定方法研究

针对飞行试验测量视场大相机标定精度低的问题,提出一种高精度CCD相机分区域标定方法。该方法首先通过将标靶均匀布置在摄像机视场内,使得标靶尽可能均匀错落地充满整个视场范围,再结合人眼判读的方式求解靶标的像面位置,最终与全站仪三维坐标形成精确的空间标定点集。接着,将像平面按横向方向等间距分割成Ｎ个区域,并结合后方交会的方法分别对每个子区域进行相机参数的计算。实验结果表明：经过分区域标定,相机采集点的总误差比单区域标定法降低了4％(Ｎ＝3)。算法可实现指定区域的相机参数计算,基本满足中高等精度的工业测量要求。所本文研究可应用于位置相对固定不变的工业视觉测量,特别是大工件测量领域。