結(jié)合激光與視覺(jué)的中遠(yuǎn)距離測(cè)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(cè)量系統(tǒng)已無(wú)法滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量對(duì)象多樣、測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等需求。因此，研發(fā)靈活適用于近距離小尺寸測(cè)量和中遠(yuǎn)距離大尺寸測(cè)量的新型測(cè)量系統(tǒng)是當(dāng)前測(cè)量領(lǐng)域的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。
　　應(yīng)用激光與視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量具有大量程、非接觸、高精度等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為一種實(shí)用、有效的測(cè)量方法。但是目前的激光視覺(jué)測(cè)量對(duì)本身精度要求過(guò)高，且存在著標(biāo)定過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題。因此，本文針對(duì)激光視覺(jué)測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量模型的建立及

2、其坐標(biāo)變換和被測(cè)目標(biāo)邊緣及激光光斑的圖像檢測(cè)進(jìn)行研究，提出了一種激光與視覺(jué)檢測(cè)結(jié)合的中遠(yuǎn)距離測(cè)量方法。其主要內(nèi)容如下：
　　1.提出了一種激光測(cè)距與視覺(jué)檢測(cè)相結(jié)合的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)相機(jī)光軸與激光移動(dòng)平面垂直。并推導(dǎo)出以此系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，被測(cè)目標(biāo)平面與激光水平移動(dòng)方向平行的測(cè)量模型。確立了該測(cè)量模型的四種坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系。融合激光測(cè)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(shí)現(xiàn)了被測(cè)目標(biāo)特征點(diǎn)從圖像坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

3、>　　2.實(shí)現(xiàn)了被測(cè)目標(biāo)特征及光斑中心的亞像素級(jí)精度檢測(cè)。在分析不同因素對(duì)光斑圖像質(zhì)量的影響基礎(chǔ)上，采用直方圖均衡法進(jìn)行灰度增強(qiáng)、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(yù)處理。分析比較了幾種傳統(tǒng)邊緣檢測(cè)算子的檢測(cè)結(jié)果，選擇Canny算子實(shí)現(xiàn)了像素級(jí)邊緣檢測(cè)。采用了一種基于三次多項(xiàng)式擬合的亞像素邊緣檢測(cè)算法，提取被測(cè)目標(biāo)邊緣及其特征點(diǎn)。提出了利用隨機(jī)取樣匹配去除激光光斑周圍雜質(zhì)點(diǎn)的方法，改進(jìn)基于橢圓最小二乘擬合的光斑中心檢測(cè)

4、算法，并仿真驗(yàn)證該算法的有效性。
　　3.根據(jù)建立的測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了同時(shí)適用于近距離及中遠(yuǎn)距離的測(cè)量平臺(tái)。根據(jù)測(cè)量穩(wěn)定性和精確性要求，首先確定了測(cè)量平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)拍攝視場(chǎng)范圍，選擇了相機(jī)、鏡頭、激光測(cè)距傳感器、直線導(dǎo)軌等硬件。設(shè)計(jì)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(dòng)導(dǎo)軌平臺(tái)。分析了測(cè)量平臺(tái)的誤差來(lái)源及其對(duì)測(cè)量平臺(tái)的測(cè)量精度的影響。
　　4.進(jìn)行了不同測(cè)量參數(shù)下的測(cè)量精度實(shí)驗(yàn)。在不考慮邊緣提取

5、誤差情況下，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)九宮格型矩形目標(biāo)，進(jìn)行了測(cè)量模型精度實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，最大水平測(cè)量誤差小于0.143％，最大豎直測(cè)量誤差小于0.140%，驗(yàn)證了建立的測(cè)量模型的精確性；分別進(jìn)行了不同被測(cè)距離、不同激光移動(dòng)距離、不同目標(biāo)傾斜角的測(cè)量參數(shù)下的小視場(chǎng)測(cè)量精度實(shí)驗(yàn)，分析以上測(cè)量參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響。結(jié)果表明，被測(cè)目標(biāo)及激光移動(dòng)距離約為拍攝視場(chǎng)的一半，且被測(cè)目標(biāo)所在平面與相機(jī)平行時(shí)，測(cè)量精度最高；進(jìn)行了具有激光偏角的大視場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了激光偏