基于CCD光電式兩車相對空間位置測量技術研究.pdf

1、長期以來，導彈的發(fā)射速度的提高一直受導彈的轉(zhuǎn)載速度的制約。在發(fā)射場上，由人工指揮吊車將導彈由裝填車轉(zhuǎn)至發(fā)射車，存在費時費力、準確性差等弊端。隨著工業(yè)自動化程度的提高，以及對導彈快速轉(zhuǎn)載的需求，促使自動裝彈機械手的發(fā)展，它的研制對于提高導彈快速反應能力具有重要意義。實現(xiàn)轉(zhuǎn)載過程自動化，需要首先快速、準確地測量出導彈裝填車和發(fā)射車的相對空間位置。本課題的研究正是基于這一位置測量問題展開的。 本論文圍繞非接觸測量方法、如何提高測量精度

2、以及縮短作業(yè)時間等方面展開，具體的研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 1.深入研究了三維測距的基本理論，掌握被動和主動兩大類測距方法的原理和結構。在此基礎上，介紹了幾種常用的測量方法，為本文采用的線陣CCD旋轉(zhuǎn)掃描測量法的提出奠定了理論基礎。 2.確立本課題的位置檢測方法為線陣CCD旋轉(zhuǎn)掃描測量法。詳細論述了該方法的工作原理，推導了各個測量參數(shù)的計算公式。通過對各項誤差源的分析、計算，得到各項測量參數(shù)的隨機誤差。將理論計算精度與

3、樣機的實際測量精度比較，驗證了誤差分析計算的正確性。另外，還提出了線陣CCD旋轉(zhuǎn)掃描測量法的另一種數(shù)學處理方法——后交會法，它的特點是由像面上的脫靶量求出目標的高低角，推導了該方法的測量公式和誤差計算公式。新方法的提出，是原有方法的一個佐證及理論支撐。 3.根據(jù)雙目立體視覺成像原理，提出了一種新的測量方法——面陣CCD交會測量法。闡述了該方法的理論基礎：攝像機在兩個不同位置對同一空間目標成像，通過圖像匹配，解析目標點的空間位置。

4、介紹了其工作原理，并詳細推導了各項測量參數(shù)的計算公式。按照線陣CCD旋轉(zhuǎn)法中論述的誤差分配類型與大小，計算面陣CCD交會測量法的精度，從理論上證明該方法的可行性。 4.對采用線陣CCD掃描測量法的位置檢測裝置的測量結果進行分析，尋找提高測量精度的有效途徑。首先從理論上分析了影響精度的因素——成像系統(tǒng)幾何畸變和成像系統(tǒng)噪聲，對其中影響光學測量系統(tǒng)精度的主要因素——成像系統(tǒng)幾何畸變誤差進行了深入研究，詳細地分析了產(chǎn)生這項誤差的各種原

5、因。在理論分析的基礎上，進行了誤差標定，并為此設計了畸變標定靶。一方面，由位置檢測裝置測量標定靶上的目標點的空間位置(在位置檢測裝置坐標系下)。另一方面，用高精度Leica分別測量目標點和位置檢測裝置在Leica測量坐標系下的位置，經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換后，也可以得到目標在位置檢測裝置坐標系下的位置。前者作為測量值，后者作為真值，由一組測量值和真值，經(jīng)曲線擬合就可以得到畸變多項式。 5.對于面陣CCD測量方法，本文給出了兩種不同的誤差標定

6、方法。第一，根據(jù)攝像系統(tǒng)成像原理，標定面陣CCD攝像系統(tǒng)的內(nèi)、外參數(shù)，建立攝像系統(tǒng)精確的成像模型。當已知目標在像面上的實際二維坐標時，根據(jù)成像模型，就可以求出該點在空間的真實的三維坐標，并進行了計算機仿真。第二，通過對傳統(tǒng)網(wǎng)格法的改進及完善，本文還提出了標定面陣CCD攝像系統(tǒng)畸變誤差的新方法——旋轉(zhuǎn)定標法。它利用平行光管軸上點作為無窮遠的目標點；以面陣CCD作為像點的成像傳感器。通過經(jīng)緯儀的方位、俯仰運動進行精密測量，其中方位角和俯仰角