机载远程红外双站测距研究

介绍了红外双站测距的原理,分析了机载远程红外双站测距误差的影响因素并分别推导出各影响因素引起的部分误差公式,通过仿真实验进行了验证。实验结果表明,红外系统的测角误差和距离基线误差越大,测距误差越大;在测量精度和目标距离一定的条件下,由测角误差引起的测距误差与目标的方位角和俯仰角有关,由距离基线误差引起的测距误差与角度无关。     

基于差分光路的脉冲激光测距实验研究

为降低背景噪声对测距精度影响,提出一种基于双通道的差分光路测距方法。该方法采用双探测器接收回波信号,在最佳位置进行回波差分,将峰值时刻鉴别转化为过零点鉴别,有效抑制了背景噪声及脉宽展宽对测距性能的影响。通过搭建差分光路测距系统,针对50 m处的漫反射目标对比测距实验误差,实验结果表明:在有背景噪声的情况下,相比较传统单光路测距方法,采用差分光路将测距误差均方根由95 mm降至70 mm。同时,验证了当差分距离为光速与回波脉宽的乘积时,可获得最高的探测灵敏度。     

基于GDOP的红外跟踪系统双站交汇测距能力分析北大核心CSCD

分析了红外跟踪系统双站交汇测距理论,引入GDOP作为交汇测距精度评价指标,对红外跟踪系统测距精度进行了仿真,得到了不同条件下测距误差。结果表明:双站交汇测距误差与红外跟踪系统自身的测角精度、目标位置、目标距离密切相关。给定条件下,方位角20°时,5 km~60 km范围测距误差在1.5%~24%之间逐渐增加;方位角90°时,5 km~60 km范围红外跟踪系统测距误差在1%~8%之间逐渐增加。     

单光子测距系统仿真及精度分析

单光子探测器和时间相关单光子计数技术（TCSPC）被广泛运用于脉冲式激光测距及三维成像系统中。分析影响探测精度的因素有助于提高测距系统的性能。为此,建立了基于TCSPC单光子测距系统的理论模型,讨论分析了影响测距系统测量精度的因素,主要包括激光脉冲强度和回波信号统计波形的脉宽,其中后者由激光脉宽和探测器的时间抖动决定。并且利用蒙特卡洛法对测距系统的探测过程进行仿真,得到了上述因素对测量精度的具体影响情况。最后搭建了单光子测距的实验室实验系统,经过实验在10 m处的测量精度达到4 mm,对相同参数下的仿真结果进行了验证。     

基于双焦成像的测距技术研究

单目双焦立体成像是计算机视觉近年发展的一个重要分支,有着广泛的应用前景。单目双焦成像测距系统,通过改变相机焦距对空间物体两次成像并通过计算可以得到物体的距离。研究了摄像机标定精度、像点径向视差以及相机旋转或平移对测距精度的影响,分析了物体成像面积不随光轴变化的特性,提出了基于成像面积的测距算法,在新的目标距离公式中,用目标的成像面积代替了传统算法中的像点矢量,因此新算法不需要在频繁地改变相机焦距的同时反复地标定摄像机主点位置,这样就解决了双焦成像测距的实时性问题。实验结果表明,提出的算法较传统测距算法有更     

一种提高二次雷达测距精度的方法

测距精度决定了二次雷达系统的目标分辨能力。针对现有二次雷达测距算法测距精度低的问题，分析了二次雷达的测距原理和引入的误差，提出了改进的自适应测距方法。在不更改二次雷达信号格式和硬件设计的前提下，采用分布式处理方式，使询问机和应答机能自动周期性测试本机内部延时，并在询问应答过程中自动分别扣除本设备的内部延时，从而提高二次雷达系统的测距精度。     

多径信号对伪码扩频测距系统性能的影响

分析了多径效应对伪码扩频测距精度的影响,研究了航天测控系统中多径信号的特征,建立了系统的信道模型。利用MATLAB搭建仿真平台,比较了不同环境下多径效应对测距精度的影响。仿真结果表明：测距误差的均值和抖动随着信噪比的增大而减小,莱斯因子越大,测距误差的均值越小;而多径信号的相对延迟越大,多径信号的数量越多,测距误差的抖动越大。     

飞秒激光合成波长法测距的功率-相位转换误差修正研究

针对飞秒激光合成波长法高精度绝对距离测量中光功率-相位转换效应引起的误差,提出一种基于多项式拟合的误差修正方法,以提高飞秒激光测量系统的测距精度。搭建类迈克耳孙干涉测量系统,经过光电探测后得到飞秒激光模间拍频信号,利用快速傅里叶变换解算拍频信号的相位差,并研究相位差随光功率的变化。结合相位测距技术,将测距结果与长度基准作参考,采用基于最小二乘法的最优多项式拟合形成不同光功率下的测距校正表。实验中以四次谐波进行测量,结果表明:当光功率在1~3 mW变化时,测距误差变化率约为2.7 mm/mW,通过校正技术,在110 mm范围内测距残余误差从±0.25 mm下降到±0.08 mm。该研究可将飞秒激光高精度测距技术应用到室外环境、复杂的工业环境甚至非合作目标等光功率变化较大的测量场合,显著地拓展飞秒激光精密测量的应用范围。     

室内高速激光三角测距技术的设计与实现

为了实现室内大范围环境激光测距,采用三角测距原理设计了一套高速激光测距系统。该系统采用高分辨率线性CCD传感器采集环境信息并输出二值化信号,由32位单片机对二值化信号进行处理,利用分段拟合法得到的距离解算算法对二值化信号进行解算,从而得到激光光斑与测距模块镜头中心的距离;最后进行了实验验证。结果表明,测距仪具有714Hz的测量频率,最大测量距离为6311mm,最小测量距离为48mm,平均误差为2.8mm,最大测量误差为11mm。该测距系统可满足室内大范围环境测量的要求。     

单目视觉障碍物测距精度分析

在单目视觉障碍物测距模型中,分析了可视距离与安装高度和俯视角度的关系,研究了影响测距精度的因素：摄像机的安装高度、俯视角度和障碍物检测的图像位置,建立了误差的数学模型并进行了仿真,定量计算了在一定的条件下引入的误差。根据摄像机的内参数和摄像机视距的影响因素确定了合适的安装参数,在此安装参数下,对摄像机视距随障碍物像素位置的变化及测距精度随影响因素的变化情况进行了仿真,仿真结果有助于选择误差小的区域,从而提高测距的精度。     

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85和2.16。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。     

基于参数自适应PID控制算法激光准直系统的研制

提出并研制了一种基于参数自适应比例、积分和微分(PID)控制算法的激光准直控制系统,从根本上解决了传统PID控制方法的存在的精度低、实时性差等不足。在50min内,x向(水平方向)的角漂移量为22nm／150mm,y向(垂直方向)的角漂移量为15nm／150nm;x向的平漂移量为26nm／150nm,y向平漂移量为28nm／150nm。实验证明：采用参数自适应PID控制算法,激光准直系统的准值精度和鲁棒性得到显著提高。     

改进型激光三角测头设计

设计了一种改进型激光三角测头,在传统直射式激光三角测距方法的基础上,提出了一种新型单透镜设计理念。以普通直射式激光三角法为基础,对该光路进行改进,在光学系统中使用一个分束镜来取代传统激光三角测头的聚焦透镜和成像透镜,令其与聚光透镜和光电探测器共轴,使系统的结构更加紧凑,并推导了满足该结构的Scheimpflug条件。同时利用Zemax光学设计软件仿真光学系统,系统入瞳直径4 mm,焦距20 mm,总长20.5 mm,满足测量系统的小型化。当与合适的光源和探测器配合使用时,能够在保证较高测量精度的前提下获得更大的工作范围,提高测量系统的环境适应性,可广泛应用于工业实时在线检测以及军事领域。     

光场相机建模与畸变校正改进方法

光场相机作为一种新型的成像系统,可以直接从一次曝光的图像中得到三维信息。为了能够更充分有效地利用光场数据包含的角度和位置信息,完成更加精准的场景深度计算,从而提升光场相机的三维重建的精度,需要实现精确的几何建模,并精确标定其模型参数。该方法从薄透镜模型和小孔成像模型出发,将主透镜建模为薄透镜模型,将微透镜建模为小孔成像模型,结合光场相机双平面模型,将每个提取到的特征点与其在三维空间中的射线建立联系,详细解释了内参矩阵中每个参数的物理意义,以及标定过程中初值确定的过程,并在镜头径向畸变模型的基础上进一步应用了相机镜头的切向畸变模型以及基于射线重投影误差的非线性优化方法,改进了光场相机的标定方法。实验显示,该方法的RMS射线重投影误差为0.332 mm,与经典的Dansereau标定方法相比,进行非线性优化后得到的射线重投影误差精度提升了8%。该方法详细分析的场景点与特定像素索引的推导过程对光场相机的标定具有重要的研究意义,为光场相机光学模型的建立与初始化标定奠定了基础。     

一种基于非参数模型的相机内参校准方法

影响大空间视觉三维坐标测量不确定度的主要因素有相机内参数、外部方位参数和特征成像质量.传统相机内参数校准方法需要参数模型化及全局最优化求解方法,会造成各内参数相关性过高,局部校准误差较大,对基于测角的测量方式不确定度影响较大、结合相机成像原理及垂线法,提出了一种基于物理参数校准的方法,对主点位置偏移、全视场范围非均匀镜头畸变等参数进行了精细校准.最后,以交比不变误差作为相机校准精度的评价方法,与传统校准方法的对比实验表明,该校准方法能够有效地提高测量不确定度指标,是一种简单、实用的校准方法.     

物理诊断设备精确自φ直方法

为了获确的激光打靶实验数据,需要使用诊断搭载平台搭载物理诊断设备对打靶目标进行高精直.针对传统方法存在耗时、误差(RMS)较大的问题,根据搭载平台与物理诊断设备的特点,提出了一种基于视觉伺服的精确自直方法.首先,构建三直向量估算立体视觉系统中靶的偏差,在弱透视条件下,估算值接近于真值;然后,建立三自由度姿态调节模型,提高姿态调节精度.最后,运直向量与调节模型设计视觉伺服控制器,仅需一次离线标定即可进行快直.通过以上改进,实现了物理诊断设备的精确自直.实验结果表明,诊断设备直精度(RMS)分别为:x 指向为11m,y 指向为12m.搭载分幅相机进行激光打靶考核验证,得到了物理实验过程的X光焦斑图像,表直方法满足工程使用要求.     

引入曲率与角度校正的柔性机构三维形状多芯光纤重构方法

为提高柔性机构三维位形参数光纤测量精度,提出了基于曲率与角度校正的多芯光纤三维形状重构方法。通过引入方向角和曲率校正系数,改进了柔性三维形变多芯光纤重构算法;利用准分子激光器和相位掩膜法制备了多芯光纤光栅传感阵列,建立了多芯光纤三维形状重构实验系统;实验测量了不同曲率比例因子下的形状重构误差,分析了曲率与角度校正前后形状重构误差;通过对应变进行了三次样条插值,并对方向角和曲率进行了校正,得到了形状重构误差平均值为0.74 mm、最大值为1.64 mm;利用校正后的多芯光纤传感系统进行三维螺旋形变重构实验,得出重构精度提高了10.2%。研究结果表明,基于曲率与角度校正的多芯光纤三维形状重构方法具有更高精度,在柔性机构三维位形实时监测中具有应用前景。     

移动机器人中激光雷达测距测角标定方法

针对目前移动机器人对环境地图构建精度低的问题,分别提出了激光雷达测距、测角的标定方法。通过误差传播定律分析引起激光雷达的测距误差因素,可知激光雷达测距误差主要是由回波强度和测量距离引起的,推导出测距误差修正模型。通过分析激光雷达测角误差因素,针对机械扫描轴与几何旋转中心偏心引起的误差,提出了一种三角形标定方法,建立测角误差修正模型。根据激光雷达测距、测角误差修正模型修改移动机器人坐标转换系统。实验结果表明,测距标定使平面障碍物数据纵坐标差值的标准差提高了30%~60%,接近物体真实几何特征;测角标定方法使障碍物数据的重合效果提高了30%,标定方法提高了移动机器人地图构建的精度。     

面向直线顶管机的双屏视觉标靶标定方法与精度评价

针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题,提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列,通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标,并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标,结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系,从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下,进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系,再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度,设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明:该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm;方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此,该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定,且具有操作简便、精度高等特点,可用于双屏视觉标靶的标定。     

基于交比不变性的广角成像系统几何失真校正

广角成像系统在近距离倾斜摄像获取大场景平面信息时,图像会存在透视变形与径向失真综合的非线性几何失真。利用网格模板成像,结合透视投影下的共线点列的交比不变性原理,通过非线性优化获得径向失真模型参数,实现径向失真的校正;通过透视变换方法构建变换矩阵求得变换系数,进而实现线性梯形失真的校正。对广角镜头焦距为14mm,相机倾斜角为43.34°,边长1200mm正方形模板成像的几何失真进行了校正实验,经对不同位置分布点的精度分析,得到各位置点的相对误差均小于1%。表明校正算法适用于非线性几何失真的处理,且具有较高的校正精度。