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空间异面直线夹角激光检测系统的分析研究

作 者: 王莹
导 师: 裘祖荣
学 校: 天津大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 异面直线 线性结构激光 机器视觉技术 图像处理技术 边缘检测算子 最小二乘法
分类号: TP274.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


本课题的研究目的是测量大尺寸空间范围两条异面直线的夹角,应用一束线性结构激光光线充当公共基准[1][2][3],利用激光稳定性高、抗干扰能力强、生成简单、应用方便等特性体现测量基准。在此基础上,应用机器视觉技术图像处理技术实现两个独立坐标系中待测角度的准确、稳定而快速的非接触式测量。整个测量系统体积小、重量轻,便于现场使用,同时仪器成本低,便于推广。因此,对本课题的深入研究具有积极的意义。本论文完成的工作主要包括如下几个方面:1、在查阅大量的资料和相关文献的基础上,简要介绍系统关键技术的发展现状、本课题的研究意义及进展。2、在理论分析的基础上,对系统硬件部分进行了优化设计。包括激光器的焦距调节、环境光照与光圈范围的确定、摄像机镜头畸变的校正。针对系统机械结构的误差,提出一种新的实施方案,对其硬件结构参数进行理论计算,证明其具有可行性。3、对系统软件中图像处理技术的应用进行深入研究,分析各环节对系统测量精度的影响。选择合适的边缘检测算子提取目标轮廓,在对轮廓进行细化的基础上,采用一种基于端点的方法筛选轮廓点,对可用拟合点进行畸变校正处理后,应用最小二乘法拟合直线,计算斜率。针对新的硬件方案,提出相应的轮廓跟踪算法,验证其可靠性。4、在系统符合测量要求的前提下,完成了系统的产品化过程,使其具备产品的特性,可以在实际测量环境中,准确、方便、安全地实现测量目的。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-10
  1.1 课题关键技术发展现状  7-8
    1.1.1 激光器  7
    1.1.2 机器视觉技术  7-8
  1.2 课题的提出及研究意义  8
  1.3 课题的进展及本论文主要工作  8-10
第二章 空间异面直线夹角激光检测系统  10-22
  2.1 系统测量基本原理  10-11
  2.2 系统硬件实施方案  11-18
    2.2.1 激光器及其安装架  11-14
    2.2.2 图像采集系统  14-15
    2.2.3 三旋转自由度工作台  15-16
    2.2.4 标定板及其固定平台  16-18
    2.2.5 测量标杆  18
  2.3 系统软件  18-19
  2.4 系统的产品化  19-22
第三章 系统硬件分析与优化  22-36
  3.1 半导体激光器  22-24
    3.1.1 半导体激光器的工作原理  22
    3.1.2 半导体激光器的优缺点  22-23
    3.1.3 半导体激光器的特性  23-24
  3.2 机器视觉系统  24-28
    3.2.1 照明系统  24-25
    3.2.2 摄相机镜头畸变  25-28
  3.3 机械结构  28-36
    3.3.1 误差分析  28-29
    3.3.2 解决方案  29-36
第四章 软件算法分析与优化  36-48
  4.1 图像预处理  36-37
    4.1.1 中值滤波  36-37
    4.1.2 反色处理  37
  4.2 边缘检测及提取  37-45
    4.2.1 图像分割分类  37-38
    4.2.2 边缘类型  38
    4.2.3 边缘检测算子  38-42
    4.2.4 细化  42-43
    4.2.5 新方案轮廓提取及跟踪  43-45
  4.3 直线拟合  45-48
    4.3.1 最小二乘法及一元线性回归  45-46
    4.3.2 拟合点判别方案  46-48
第五章 系统误差分析实验  48-59
  5.1 激光器对测量结果重复性的影响  48-49
  5.2 环境光照对测量结果重复性的影响  49-51
  5.3 摄相机标定与镜头畸变校正  51-53
  5.4 循环次数比较  53-54
  5.5 边缘检测算法的比较实验  54-56
  5.6 系统改进方案可行性分析  56-57
  5.7 拟合点判别方案比较  57-59
第六章 结论和展望  59-61
  6.1 分析研制结论  59-60
  6.2 本课题展望  60-61
参考文献  61-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 采用各种新技术的自动检测系统
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