結(jié)合激光與視覺的中遠距離測量方法研究.pdf

1、隨著近代工業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)已無法滿足工業(yè)現(xiàn)場的測量環(huán)境復雜、測量對象多樣、測量過程自動化等需求。因此，研發(fā)靈活適用于近距離小尺寸測量和中遠距離大尺寸測量的新型測量系統(tǒng)是當前測量領(lǐng)域的焦點和熱點。
　　應(yīng)用激光與視覺檢測技術(shù)進行測量具有大量程、非接觸、高精度等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸成為一種實用、有效的測量方法。但是目前的激光視覺測量對本身精度要求過高，且存在著標定過程復雜等問題。因此，本文針對激光視覺測量過程中的測量模型的建立及

2、其坐標變換和被測目標邊緣及激光光斑的圖像檢測進行研究，提出了一種激光與視覺檢測結(jié)合的中遠距離測量方法。其主要內(nèi)容如下：
　　1.提出了一種激光測距與視覺檢測相結(jié)合的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)相機光軸與激光移動平面垂直。并推導出以此系統(tǒng)測量時，被測目標平面與激光水平移動方向平行的測量模型。確立了該測量模型的四種坐標系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系。融合激光測距獲得的距離數(shù)據(jù)與圖像處理獲得的圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了被測目標特征點從圖像坐標系到世界坐標系的坐標轉(zhuǎn)換。

3、>　　2.實現(xiàn)了被測目標特征及光斑中心的亞像素級精度檢測。在分析不同因素對光斑圖像質(zhì)量的影響基礎(chǔ)上，采用直方圖均衡法進行灰度增強、中值濾波消除噪聲、多閾值法圖像分割，完成了激光圖像的預處理。分析比較了幾種傳統(tǒng)邊緣檢測算子的檢測結(jié)果，選擇Canny算子實現(xiàn)了像素級邊緣檢測。采用了一種基于三次多項式擬合的亞像素邊緣檢測算法，提取被測目標邊緣及其特征點。提出了利用隨機取樣匹配去除激光光斑周圍雜質(zhì)點的方法，改進基于橢圓最小二乘擬合的光斑中心檢測

4、算法，并仿真驗證該算法的有效性。
　　3.根據(jù)建立的測量系統(tǒng)，設(shè)計了同時適用于近距離及中遠距離的測量平臺。根據(jù)測量穩(wěn)定性和精確性要求，首先確定了測量平臺的總體設(shè)計方案。根據(jù)拍攝視場范圍，選擇了相機、鏡頭、激光測距傳感器、直線導軌等硬件。設(shè)計了具有0°、5°及10°的三段式激光偏角及升降結(jié)構(gòu)的精密移動導軌平臺。分析了測量平臺的誤差來源及其對測量平臺的測量精度的影響。
　　4.進行了不同測量參數(shù)下的測量精度實驗。在不考慮邊緣提取

5、誤差情況下，針對標準九宮格型矩形目標，進行了測量模型精度實驗。結(jié)果表明，最大水平測量誤差小于0.143％，最大豎直測量誤差小于0.140%，驗證了建立的測量模型的精確性；分別進行了不同被測距離、不同激光移動距離、不同目標傾斜角的測量參數(shù)下的小視場測量精度實驗，分析以上測量參數(shù)對測量精度的影響。結(jié)果表明，被測目標及激光移動距離約為拍攝視場的一半，且被測目標所在平面與相機平行時，測量精度最高；進行了具有激光偏角的大視場測量實驗，驗證了激光偏