结构光高精度位移测量系统的仿真研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第5期黑龙江电力2006年1O月结构光高精度位移测量系统的仿真研究赵君,曲通海(I.黑龙江省电力科学研究院,黑龙江哈尔滨150030;2.华电能源股份公司,黑龙江哈尔滨150001)摘要:采用3DSMax和MATLAB软件对基于点结构光的位移测量系统进行了计算机仿真研究。首先利用3DSMax对景物环境和传感器的各个组成部分,包括激光器投射器、摄像机和景物进行模拟仿真,然后对于仿真得到的光斑图像,采用了改进的亚像素光斑中心定位的方法准确求解光斑中心,达到亚像素级,根据三角法利用MATLAB计算出景物的距离

2、。关键词:结构光;亚象素;光斑中心定位;计算机仿真中圈分类号:TN249文献标识码:A文章编号:1002—1663(2OO6)05—0337—03Emulafionalstudyonahigh—precisiondisplacementmeasuringsystembasedonspot-·structurelightZHAOJun,QuTonghai2(1.He.ilonsiiang~ectricPowerResearchInstitute,150030,China;2.HusdianEasyCompanylimited,15{XD1。O~ina)Abst

3、ract:Imitationofadisplacementmeasuringsystembasedonspot—-structurelightwithcomputerusingSDSMaxandMATLABsoftwareWaScarriedout.Firstthescenesurroundingandthecomponentsofsensor,includinglaserprojector,carneraandsoenewereimitatedwith3DSMax.ThentheaccuracycenterofspotWaSresultedfromthes

4、potimageobtainedabovebyme41nsofimprovedsub—pixelspotcenterlocation,whichisat.thelevelofsub—pixe1.LastthedistanceofsoenewascalculatedwithMATLABsoftwareaccordingtOtrianglemode.Keywords:structurallight;sub—pixel;spotcenterlocation;emulationwithcomputer点结构光原理的距离测量是机器视觉中解决的前提条件【4J。结构光高精

5、度位移测量系统的距离检测问题的一个有效途径。它可以投射点状仿真研究提出了采用计算机模拟提高该传感器准光,也可以投射十字形光等⋯,具有丰富的投射确度的方法和技术。图案。它既可采用直射式,也可采用斜射式【2】。1传感器组成及工作原理这种距离检测技术具有效率高、自动化程度高等优点,非常适合用于机器视觉进行距离检测,而且基于点结构光的位移测量系统主要由一个激不受电磁干扰、温度、湿度等的影响,在工业生产光器和一个CCD摄像机组成(见图1),另外还包和现实生活中有着广阔的应用前景。然而,在要括图像采集、处理单元和相应的软件。工作时,首求较高的应用场合,其精度往往不能满足

6、使用要先激光器投射出点状激光到景物表面,然后摄像求。如何提高该传感器的测量准确度是目前需要机摄取景物表面上的像,当景物移动后,再由摄像解决的主要问题,并成为研究热点。机拍摄此时景物表面上的像,由于景物移动前后由于替代人眼的成像单元是数字器件,其分相对激光器的位置不同,反射光线的角度也就不辨率受到像素的限制,存在着量化误差】。因同,所以两次成像在水平方向上是不同的,从而利此,亚像素细分是提高其分辨率、减小其量化误差用三角法计算出景物沿激光光线方向上的位移。收疆日期:2OO6—08—20作者简介:赵君(1964一),男,2004年毕业于哈尔滨理工大学测量专业,硕

7、士学位,高级工程师,现任黑龙江省电力科学研究院总工程师。-——337--——维普资讯http://www.cqvip.comVo1.28,No.5Heilon~iangElectricPowerOct.20O63传感器仿真3.1点激光器仿真3DSMax中的目标聚光灯(Targetspot)模型是通过聚光灯照射中心点位置的设置来调整照射角度的,且具有图案投射功能,投射效果类似于实际的激光器,可以模拟投射器。3.2摄像机仿真3DSMax提供的目标摄像机(Targetcamera)模型的镜头焦距、视场大小以及所拍摄图像分辩率等参数可以根据系统指标进行调整,拍摄的光

8、S斑图像与现实摄像机所拍摄的图像效果相近,具有很高的

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