激光三角位移传感器定位算法优化设计

采用激光三角测距原理设计并制作了高集成度的激光三角位移传感器测头LDSP-100.第一版机型的软件算法基于曲线拟合中的多项式拟合和高斯拟合,进行光斑定位.由于一体化设计对光斑定位稳定性要求极高,单纯的拟合算法定位无法满足.经进一步优化设计,实现了基于平方加权灰度质心的分段平均算法.实验、对比和分析表明:优化后的基于平方加权灰度质心的分段平均算法,重复性误差达到±0.003 7 mm(100 mm量程),即±0.0037％F.S.,高于基于灰度质心的分段平均算法60.4％;高于高斯拟合算法22.9％.     

三角测距激光雷达的光斑定位算法研究

为了降低激光雷达测距系统的光斑信号噪声,提高系统的测距精度,对属性距离加权平均滤波及灰度质心法进行改进,提出一种应用于激光雷达系统的改进算法。以曲率为属性的属性距离加权平均滤波在去噪的同时很好地突出了光斑的峰值点。通过多次迭代计算灰度质心的求质心方法,进一步地提高光斑中心的定位精度,还解决了一般平方加权质心法容易受到噪声影响的问题。在MATLAB仿真环境中对实际采集的数据进行处理,实验表明本文算法对于4μs的像素单元可以取得0.05 pix的定位精度,并具有较好的稳定性。     

单星星图细分定位算法的研究

介绍了单星星图的特点,阐述了几种实用的提高星体定位精度的细分算法,并对这几种算法的精度进行了分析。将各种细分定位算法应用于模拟单星星图星体坐标的提取,对模拟星图中星体中心位于CCD像元之间任意位置的情况下,这些算法所能达到的精度作了详细的比较。仿真结果表明平方加权质心法和高斯曲面拟合法是比较好的星体细分定位算法,可依据应用的环境进行选择。     

面向星载激光光斑的质心定位精度分析

质心定位精度不仅是影响星载激光测高仪姿态精度的关键因素之一,也是探测卫星平台颤振的一种新型技术手段。针对GLAS星载激光光斑图像的自身特点,首先改进了传统的灰度加权方法,其次利用超分辨率重建方法提高了激光光斑图像的空间分辨率。通过多种质心定位方法提取星载激光光斑质心坐标,并全面对比分析多种质心提取方法的定位精度,阐述不同方法的优缺点。实验结果表明:高斯曲面拟合与改进的灰度加权方法的定位精度均可以应用于卫星平台的颤振探测,可依据实际工程的效率需求选取相应的质心定位方法;超分辨率重建方法应用于激光光斑图像质心定位具有可行性,定位精度较传统的质心提取方法有所提高。     

面向大尺寸检测CCD图像中心提取精度的研究

大尺寸测量中,数字图像处理技术起到了至关重要的作用,而图像中心特征的提取精度是影响数字图像处理的核心因素之一.目前常用的中心特征的提取方法是传统质心法、灰度阈值质心法、平方加权质心法和高斯曲面拟合法质心法.由于采集图像时物体距CCD像面距离不固定,上述方法对不同物距采集的图像中心特征提取效果不同.现将在理论分析和仿真实验验证2个方面对这4种方法的特性进行比较.实验结果表明:高斯拟合质心法更适合较远距离采集图像的标定,而另3种质心法更适合较近距离采集图像的标定.     

一种用于无线传感器网络的质心定位算法

在建立定位算法求解数学模型和定位性能描述的基础上,提出了一种无线传感器网络定位算法——去中心化场强加权多跳质心定位算法。该算法对单跳质心算法进行多跳扩展以改善定位比率,并加入场强加权过程和去中心化过程以提高定位精度。通过仿真实验分析可以看到,与原始质心算法相比,此质心定位算法的平均定位误差可下降一半左右,并使节点密度较低情况下的定位比率提高至接近1。     

传感器网络加权质心自定位算法

提出了基于跳距的加权质心定位算法,用信标节点和未知节点之间的跳距来确定质心算法中各信标节点的加权因子,以提高质心算法的定位精度。对普通质心算法和改进后的质心算法进行了模拟仿真,结果表明所提出的算法从总体上看具有较好的定位效果。     

无线传感器网络加权质心相对定位算法

针对基于接收信号强度指示的无线传感器网络加权质心定位算法在实际应用中计算复杂的缺点,提出一种改进型传感器网络加权质心相对定位算法（WCL-RSSI）。该算法主要采用参考节点精选机制和定位组合精选策略选择定位自评误差小的节点进行三边测距定位,以此重建定位权值函数来减小坐标定位误差,最后采用加权质心法计算坐标,并计算该节点的定位自评估误差。仿真实验表明,在同等计算复杂度下,该算法较传统定位方法的定位精度有了明显的提高。     

基于WiFi的四边测距修正加权质心定位算法

针对现阶段无线信号传播过程易受周围环境干扰、运动载体定位算法精度低的问题,提出一种基于WiFi技术的四边测距修正加权质心定位算法.该算法首先运用近高斯拟合算法和卡尔曼滤波剔除RSSI数据中的突变数据和差异较大的数据,选出最优的RSSI值;然后根据无线信号传播路径损耗模型,运用RSSI值对移动终端和AP的距离进行模型计算;最后采用改进加权因子的加权质心定位算法并结合四边测距法对待定位点坐标进行计算.仿真实验表明:基于WiFi技术的四边测距修正加权质心定位算法相对提高了定位的精度.     

基于高斯修正测距模型的节点改进加权质心定位算法设计

针对无线传感器网络中传统的质心定位算法具有定位精度不高的缺点,提出了一种基于RSSI测距的改进加权质心定位算法。首先,分析了无线电传播路径损耗模型,采用高斯模型对RSSI信号强度值进行了修正,从而可以根据修正后的RSSI均值更准确地进行测距;然后,使用改进的Eucliean定位法对节点位置进行初定位,在获得若干组定位锚节点集的基础上,采用改进的加权质心定位算法进行节点位置终定位;最后对基于RSSI测距修正的加权质心定位算法进行了定义和描述。仿真实验表明,文中方法在仅增加计算开销的情况下能实现节点的准确定位,且与其它方法相比,具有较小的测距误差和定位误差。     

基于激光三角法的同步扫描形貌测量传感器

为了克服传统的激光三角非同步物体形貌测量传感器,在深度方向的测量精度和横向测量视场相互制约的固有缺点,设计了一种新型的激光同步扫描物体形貌测量传感器.传感器以激光三角测量法为基本原理,通过所设计的光路系统,实现激光投射方向与相机成像方向的同步扫描.本文研制了基于高速旋转的十二面转镜和线阵CCD相机为主体的实验样机,实现了测量深度方向和横向视场的相互独立,并结合精密电控位移导轨和激光跟踪仪等搭建了实验系统平台.在传统非参数标定方法基础上,提出了一种适用于该传感器的映射标定方法,能够准确快速的标定该传感器.系统利用激光跟踪仪进行比对实验验证,结果表明:单点重复性小于0.07 mm,测量精度优于0.25 mm.测量传感器具有精度高、速率快、稳定性好等优点,对于物体表面形貌快速精密测量有着广泛的应用前景.     

三维数字牙颌模型的研制

设计并实现了三维数字牙颌模型的制作;采用的是非接触式三维激光测量技术,基于三角法测量原理来采集数据,采用双CCD接收反射光(也称为双三角测量法),两CCD在激光器左右对称放置,激光器发出的光线经会聚会聚透镜聚焦后垂直入射被测物体表面上,物体移动使成像面上的光点发生位移;数据参数:扫描宽度50 mm,测量景深150 mm,测量精度0.005 mm,控制方式为计算机控制三轴平移,一轴旋转,扫描步距0.01 mm;牙颌石膏模型经三维激光扫描得到三维数字牙颌模型,并经过计算机处理后显示出来;三维数字牙颌模型的研制成功,使口腔医学开始进入牙、颌、面形态的三维精确定量测量与分析阶段.     

基于模糊增强的激光大气传输光斑预处理算法

介绍了激光大气传输测量基本模型,对激光大气传输特性测量过程中引入的噪声进行分析,分析了传统模糊增强算法特点及其不足,针对不足进行隶属度函数改进,提出了利用均值滤波和改进的模糊增强进行激光大气传输光斑预处理算法,并利用该算法对实验中的图像进行处理,结果表明,相比于常见激光图像预处理算法,该算法可以有效增强图像对比度,改善图像质量.     

大口径光学元件面形检测中重叠激光光斑的分离

在大口径光学元件面形检测系统中,激光光斑的检测及后续处理是基础,直接影响面形检测的精度;针对光学元件面形检测中激光光斑重叠的问题,提出了一种激光光斑重叠分离算法;该算法首先用一种减背景与乘法滤波相结合的方法对光斑图像进行预处理,再用两次阈值法分割图像以获取光斑目标,最后采用距离变换、重叠判别及估算圆心相结合来分离重叠的光斑;实验中,对3种重叠类型不同的光斑进行分离,结果表明,算法能有效地分离重叠的激光光斑;目前,该算法通过长时间的实验验证与改进,已成功运用于实际项目中.     

基于光源扫描的三角法位移测量方法

对激光三角法测量位移的几种光路布局方案及其特点进行了比较,在此基础上,提出了一种新的基于光源扫描的三角法激光位移测量方法,阐述了激光三角法测量原理,并设计了相应的测量系统,分析了影响系统精度的因素。理论分析可知,该系统的测量分辨力可达到1.5×10-5m。实验结果表明:此系统有很强的实用性,测量范围为0mm~10m,适用于工业生产。     

基于PTZ相机的激光远程除冰视觉测距技术研究

介绍了一种基于PTZ (Pan/Tilt/Zoom)相机的测量范围可调的激光三角测距新方法,利用VS2015和OpenCV,设计实现了针对大型户外目标的激光远程除冰视觉测距系统,通过自行开发的软件进行相机云台PTZ运动控制及激光光斑识别定位,并借助PTZ相机水平360°全角度旋转、垂直90°翻转及23倍光学变倍能力,实现了40 m范围内不同位置目标的距离测量;测距实验结果表明,系统测量误差在Zoom=3倍时不大于54 mm,在Zoom=5倍时不大于27 mm,在Zoom=10倍时不大于19 mm,在Zoom=15倍时不大于15 mm,在Zoom-20倍时不大于11 mm,测量误差随测量距离的增大而增大、随镜头变倍值的增大而减小.     

旋转对称三角传感器激光散斑的仿真研究

散斑是激光三角传感器测量不确定度极限的根本影响因素。提出了一种用于旋转对称激光三角传感器的激光散斑的仿真方法,获得了仿真散斑图像。在旋转对称的三角传感器中,投射的激光点在检测器上被成像为一个环,从而散斑也相应是圆弧形。研究了散斑的特性,该散斑在环的半径方向上服从主观散斑的特性,其尺寸由光学系统的数值孔径决定。而在环的切线方向上,其本质上是客观散斑,由于光学系统存在折返光路,其尺寸由物体到检测器的光程、投射的激光光斑尺寸和成像圆环的半径决定。实验结果表明,仿真结果与散斑理论一致。基于仿真给出了对旋转对称三角传感器位移测量不确定度极限的分析,结果表明,使用旋转对称形式的传感器光学布局,在相同的光学系统数值孔径和使用同样的灰度质心算法的情况下,可达到传统激光三角测量不确定度的1/5。     

Laser triangulation sensor and six axes anthropomorphic robot manipulator modelling for the measurement of complex geometry products

A laser triangulation sensor and six-axis manipulator mathematical modeling for the measurement of complex geometry parts will be outlined in the article. The integrated system model is showed covering the laser triangulation sensor, the geometry of the manipulator and the relative positions of the components during the measurement process. The method to calibrate the sensor and relate the positions of the sensor and the robot is explained in this work. The measurement process is carried out with the parameters calculated with this method and the nominal parameters of the robot. Finally, plane surfaces with holes and termination of tubes placed in different orientations will be measured; the accuracy of the integrated system (sensor and robot) will be presented as well.     

激光三角法在物面倾斜时的测量误差研究

相比传统的触针式测量,激光位移传感器因其高精度和非接触式测量的优点,在机械工程中已广泛使用。鉴于激光三角法的设计原理,当工件产生倾斜角时,激光位移传感器会产生误差。通过激光位移传感器、精密电移台、精密旋转台构建了实验测量系统,对测量数据使用Matlab进行分析,所用电移台的重复精度小于5μm,测得了不同倾斜角度下激光传感器的误差,用最小二乘法拟合进行了误差补偿。实验证明：误差标定后,激光传感器在测量倾斜物面时仍能保证高精度。