基于視覺的立方鏡瞄準(zhǔn)技術(shù)研究.pdf

1、光電自準(zhǔn)直儀是一種高精度的角度測量儀器，廣泛應(yīng)用于航空航天和高精密機械裝配等領(lǐng)域。如今國際領(lǐng)先的高性能光電自準(zhǔn)直儀的角度測量精度已經(jīng)很高，但仍然無法突破視場和量程過小的局限，在使用前需要經(jīng)過復(fù)雜的人工手動調(diào)節(jié)過程，不能適用于大型的自動化測量場合。為此，需要研究一種瞄準(zhǔn)技術(shù)輔助自準(zhǔn)直儀進行自動化的目標(biāo)瞄準(zhǔn)與角度測量。
　　針對光電自準(zhǔn)直儀的測量局限，本文結(jié)合目前小角度測量的研究現(xiàn)狀，分析了一種基于單目視覺測量原理的瞄準(zhǔn)技術(shù)。同時，深

2、入闡述了傳統(tǒng)視覺測量模型無法對成像虛化的目標(biāo)體進行高精度的圖像處理與空間結(jié)構(gòu)參數(shù)解算的局限。
　　首先，本文參考準(zhǔn)直儀的平行測量光路，闡述了目標(biāo)立方鏡法線方向偏轉(zhuǎn)角度和被立方鏡反射回視覺瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的光強之間的關(guān)系。同時考慮視覺系統(tǒng)的空間組成結(jié)構(gòu)和瞄準(zhǔn)范圍，分析了一種基于環(huán)形發(fā)散光照的瞄準(zhǔn)測量模型，通過數(shù)學(xué)建模與仿真驗證了該模型的參數(shù)曲線在全量程范圍內(nèi)具有極為穩(wěn)定的雙峰對稱性，可以突破光學(xué)分辨和成像模糊的局限完成對目標(biāo)立方鏡法線偏角的

3、測量。
　　其次，在瞄準(zhǔn)測量模型的基礎(chǔ)上，本文對瞄準(zhǔn)方案進行了詳細的分析與硬件選型，并對其進行了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與組裝；同時在LabVIEW語言環(huán)境下，設(shè)計了一款視覺瞄準(zhǔn)軟件。
　　此外，為了在視覺瞄準(zhǔn)系統(tǒng)實時采集到的圖像中獲取與數(shù)學(xué)模型具有相似雙峰對稱性的目標(biāo)特征參量，闡述了一種基于圖像處理的目標(biāo)區(qū)域最大擬合圓半徑的特征提取算法；同時，詳細設(shè)計了基于單軸擺動掃描的瞄準(zhǔn)測量方法，通過轉(zhuǎn)臺控制視覺瞄準(zhǔn)系統(tǒng)進行順/逆時針的往復(fù)擺動

4、旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中對采集到的圖像進行實時的特征參數(shù)提取，根據(jù)雙峰對稱性質(zhì)對特征點進行高效搜索和高精度捕獲以實現(xiàn)對目標(biāo)偏角的測算。
　　最終，將完整瞄準(zhǔn)測量算法嵌入到視覺瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，實現(xiàn)對目標(biāo)立方鏡法線方向偏角的自動化瞄準(zhǔn)與對正，并最終將目標(biāo)引入準(zhǔn)直儀的量程之內(nèi)。實驗數(shù)據(jù)表明，在500mm至1500mm的工作距離內(nèi)，該系統(tǒng)對目標(biāo)立方鏡法線方向的自動化掃描量程達到?10?，且瞄準(zhǔn)精度優(yōu)于?200''，可以輔助自準(zhǔn)直儀在大空間視場范圍內(nèi)對