光纖位置視覺(jué)測(cè)量的優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡的不斷發(fā)展，望遠(yuǎn)鏡焦面上集成的光纖單元的數(shù)目也越來(lái)越多，從以前的400到現(xiàn)在的4000根光纖，以及將來(lái)的5000根光纖。目前世界上最大的多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡為“大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡”(簡(jiǎn)稱LAMOST)，其焦面上安裝有4000個(gè)光纖定位單元，焦面上光纖單元的作用是用來(lái)精確跟蹤天體目標(biāo)，以便獲取天體的光譜。隨著光纖數(shù)目的不斷增多，光纖定位不能人工完成，而是由光纖定位單元自動(dòng)完成。天文觀測(cè)前，必須對(duì)光纖

2、的空間位置進(jìn)行精確測(cè)量，這樣才能精確對(duì)準(zhǔn)天體目標(biāo)，所以，在大尺寸焦面上的光纖位置測(cè)量顯得尤為重要。對(duì)LAMOST的光纖位置測(cè)量，我們需要選用高效高精度的測(cè)量方法。由于大尺寸光纖焦面的特殊結(jié)構(gòu)和光纖的極小直徑，只有高精度、高效率的非接觸式視覺(jué)測(cè)量方法才能完成此項(xiàng)任務(wù)。
　　本文對(duì)相機(jī)的成像幾何模型和標(biāo)定方法進(jìn)行了分析，研究了視覺(jué)測(cè)量原理和影響視覺(jué)測(cè)量的關(guān)鍵因素并提出了改進(jìn)方法，然后詳細(xì)分析了參數(shù)優(yōu)化算法光束法平差，并給出了改進(jìn)算法，

3、最后進(jìn)行了模擬和實(shí)際實(shí)驗(yàn)。
　　相機(jī)作為視覺(jué)測(cè)量設(shè)備，所以先對(duì)相機(jī)小孔成像的線性模型和非線性模型做了詳細(xì)分析，系統(tǒng)地介紹了相機(jī)的像差模型，同時(shí)對(duì)相機(jī)標(biāo)定方法進(jìn)行了研究，并提出了針對(duì)橢圓形特征點(diǎn)位置提取的優(yōu)化方法。最后使用基于圓形平面標(biāo)定板的標(biāo)定方法對(duì)單反相機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，從而得到了標(biāo)定結(jié)果和重投影誤差，通過(guò)比較重投影誤差證明了精提取橢圓位置算法相比初步提取算法的精度更高。
　　視覺(jué)測(cè)量可以使用多種算法，本文將視覺(jué)測(cè)量中的多

4、種方法進(jìn)行了對(duì)比，給出了幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了適用于LAMOST焦面光纖位置測(cè)量的多視角視覺(jué)測(cè)量方法，并且從相機(jī)成像的幾何模型的角度闡述了適合平面測(cè)量的多項(xiàng)式擬合法，該方法建立了空間點(diǎn)XY坐標(biāo)和圖像點(diǎn)坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，該方法比較適合平面上空間點(diǎn)的二維坐標(biāo)測(cè)量，對(duì)其不足之處進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，還對(duì)雙目視覺(jué)測(cè)量和多項(xiàng)式擬合法的測(cè)量精度進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它們?cè)诖蟪叽缥锛母呔葴y(cè)量中測(cè)量結(jié)果精度不足。
　　測(cè)量前需要將影響測(cè)量結(jié)果

5、精度的主要因素詳細(xì)分析，最大限度地減少各因素帶來(lái)的誤差，以提高測(cè)量和優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果精度。這些因素主要包括:光纖光源、光強(qiáng)、拍攝角度、光點(diǎn)位置提取算法等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)給出這些因素的具體設(shè)置建議，以減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。
　　視覺(jué)測(cè)量的參數(shù)優(yōu)化方法是光束法平差，本文先分析了光束法平差原理和LM非線性迭代算法的實(shí)施過(guò)程，并使用法方程矩陣的稀疏性引入了稀疏光束法平差，該方法有效地提高了計(jì)算速度，減少了存儲(chǔ)空間。直接光束法平差的測(cè)量結(jié)果位