基于視覺的立方鏡瞄準技術研究.pdf

1、光電自準直儀是一種高精度的角度測量儀器，廣泛應用于航空航天和高精密機械裝配等領域。如今國際領先的高性能光電自準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)過復雜的人工手動調節(jié)過程，不能適用于大型的自動化測量場合。為此，需要研究一種瞄準技術輔助自準直儀進行自動化的目標瞄準與角度測量。
　　針對光電自準直儀的測量局限，本文結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技術。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體進行高精度的圖像處理與空間結構參數(shù)解算的局限。
　　首先，本文參考準直儀的平行測量光路，闡述了目標立方鏡法線方向偏轉角度和被立方鏡反射回視覺瞄準系統(tǒng)的光強之間的關系。同時考慮視覺系統(tǒng)的空間組成結構和瞄準范圍，分析了一種基于環(huán)形發(fā)散光照的瞄準測量模型，通過數(shù)學建模與仿真驗證了該模型的參數(shù)曲線在全量程范圍內具有極為穩(wěn)定的雙峰對稱性，可以突破光學分辨和成像模糊的局限完成對目標立方鏡法線偏角的

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

4、旋轉，在旋轉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)雙峰對稱性質對特征點進行高效搜索和高精度捕獲以實現(xiàn)對目標偏角的測算。
　　最終，將完整瞄準測量算法嵌入到視覺瞄準系統(tǒng)，實現(xiàn)對目標立方鏡法線方向偏角的自動化瞄準與對正，并最終將目標引入準直儀的量程之內。實驗數(shù)據(jù)表明，在500mm至1500mm的工作距離內，該系統(tǒng)對目標立方鏡法線方向的自動化掃描量程達到?10?，且瞄準精度優(yōu)于?200''，可以輔助自準直儀在大空間視場范圍內對