面向?qū)崟r(shí)高精度三維測(cè)量的光斑圖像提取與誤差補(bǔ)償.pdf

1、基于計(jì)算機(jī)視覺的三維測(cè)量在航空制造、天文導(dǎo)航、汽車研發(fā)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。本文深入探討了基于視覺的空間位姿實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)的光靶點(diǎn)定位問(wèn)題，其中重點(diǎn)開展了二維高斯分布型光斑的獲取和中心精確定位方面的研究。從理論上分析了高斯型光斑的形成原理并設(shè)計(jì)構(gòu)建了相關(guān)的系統(tǒng)硬件，針對(duì)光斑中心定位提出了新的高斯曲面解析算法，同時(shí)對(duì)中心定位算法系統(tǒng)誤差的來(lái)源和補(bǔ)償問(wèn)題進(jìn)行了論述。本文主要的研究?jī)?nèi)容和所取得的成果如下：
　　1，結(jié)合飛機(jī)裝配過(guò)程中的基

2、準(zhǔn)面校準(zhǔn)問(wèn)題，深入研究了基于單目視覺的靶板空間位姿動(dòng)態(tài)測(cè)量中的光靶點(diǎn)中心定位問(wèn)題，對(duì)測(cè)量的基本原理、算法流程和關(guān)鍵設(shè)備等做了詳細(xì)論述。設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組件，包括紅外光靶點(diǎn)、定尺寸圓形光圈和靶板等。
　　2，從相機(jī)成像原理出發(fā)，經(jīng)理論分析說(shuō)明離焦拍攝和圓孔衍射是點(diǎn)光源在圖像上的光斑灰度分布近似符合二維高斯分布的根本原因。基于上述結(jié)論，本文推導(dǎo)出臨界衍射光圈的尺寸計(jì)算公式，制作了定尺寸的圓形光圈，結(jié)合鏡頭、相機(jī)、紅外發(fā)光二極管，并借助電

3、源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)出一套可用于視覺測(cè)量的理想高斯型光斑獲取裝置。
　　3，在深入分析二維高斯分布公式的基礎(chǔ)上，通過(guò)將光斑中心整像素坐標(biāo)和亞像素坐標(biāo)進(jìn)行分離，推導(dǎo)出一種無(wú)需求解廣義逆矩陣的光斑中心定位算法——高斯曲面解析法。該算法綜合利用提取窗口內(nèi)所有像素的灰度信息，通過(guò)解析表達(dá)式直接計(jì)算高斯分布光斑的亞像素中心位置。與傳統(tǒng)高斯曲面擬合法相比，本文提出的方法具有基本相同的穩(wěn)定性和定位精度，但運(yùn)行效率提高了278倍以上，在衛(wèi)星導(dǎo)航、視覺測(cè)