正交分光成像位姿测量系统设计

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1、正交分光成像位姿测量系统设计DesignofthePoseMeasurementSystemBasedontheOrthogonalBeamSplittingImagingConfiguration学科专业：仪器科学与技术研究生：刘昕彤指导教师：孙长库教授天津大学精密仪器与光电子工程学院2015年12月摘要本文提出了一种基于正交分光成像的新型位姿测量技术，旨在解决现存单目或双目面阵视觉测量和多线阵CCD组合测量中存在的测量范围与测量速度、测量精度之间的矛盾。测量系统将单目物镜与分光结构以及两个线阵CCD组合成位姿测量传感

2、器，综合了单目视觉测量以及线阵CCD的优势：单目物镜的选择可以获得更大的视场，两个正交放置的线阵CCD相当于一个面阵CCD，却有着更高的分辨率和更高的采集速度。本文的主要研究工作和关键技术有：1.分析了国内外在位姿测量的研究现状和发展趋势，提出了本文的研究内容；2.分析了空间标识点正交分光成像原理，完善了光学结构。研究了特征点布局方式以及位姿求解方法；3.基于正交分光位姿传感器的成像原理，建立了位姿传感器的成像模型，研究了标定方法,设计并研制了分时点亮靶标；4.组建了正交分光成像位姿测量实验系统，并对整个测量系统进行大量

3、实验。实验结果表明，测量系统在40度视场范围内进行位姿测量，位移测量实验标准偏差为0.099mm，因此系统可以满足航天航空及自动化制造业等领域中对空间大范围快速度高精度的位姿测量。关键词：正交分光；位姿测量；线阵CCD；柱面镜；标定ABSTRACTHigh-precisionandhigh-speedposemeasurementforfastmovingobjectsinawiderangeofspatialspaceplaysanimportantroleinaerospaceandautomotivefield.A

4、newposemeasurementtechnicbasedonorthogonalbeamsplittingimagingisproposedinthispapertosolvethecontradictionsbetweenthemeasurementaccuracyandmeasurementspeedintheexistingposemeasurementmethodbaseonmonocularorbinocularvisionwithmulti-linearCCDs.Inthesystem,monocular

5、objectlenswithbeamsplittingstructureandtwolinearCCDsarecombinedtocomposetheposemeasurementsensor.ThissystemingeniouslyintegratestheadvantagesofmonocularvisionandlinearCCDduetoitsorthogonalbeamsplittingimagingconfiguration.Monocularcamerahelpsthesystemgainalargefi

6、eldofview.AndthetwoorthogonallyplacedlinearCCDsareequaltoonearrayCCD.Furthermore,linearCCDpossessestheadvantageofhigh-resolutionimaging,high-speeddatacapturingandhigh-efficiencydataprocessingascomparedtoanarrayone.Thekeyworkofthispaperliesasfollows:1.Researchingo

7、nthemachinevisionmeasurementhomeandabroadandputtingforwardtheresearchcontentinthispaper.2.Analyzingtheprincipleoforthogonally-splitting-imaging,perfectingthestructureoftheposemeasurementsystem,andsolvingtheposeofthetargetfromthe2Dimagingcoordinatesaswellascorresp

8、ondingspatialconstrainsareaddedtofindoutthemostreasonablelayoutformofpositioningfeaturepoints3.Themathematicalmodeloftheposemeasurementsensorissetupcorrespondi