基于后方交会的正交柱面成像位姿测量方法研究

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1、基于后方交会的正交柱面成像位姿测量方法研究ResearchonPrecisionPoseMeasurementTechnologyBasedonOrthogonalCylindricalImagingandSpaceResection学科专业：仪器科学与技术作者姓名：王丽君指导教师：杨凌辉天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十月独all性声明本人声明所呈交的学位沿文是本人在早姉指早下逆行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特別加以林注和致朔l之赴タト,沿文中不包含其他人己径友表或撲写述的研究成果,也不包含力荻得人津大学或其他教育机杓的学位或江ギ而

2、使用述的材料。与我一同工作的同志対本研究所徴的任何貢献均己在沿文中作了明碗的悦明井表示了洲意。学位沿文作者釜名:ユ而弔釜字日期:2oワ年12月7日学位稔文版杖使用授杖ギ本学位沿文作者完全了解え津大学有美保留、使用学位沿文的規定。特授杖人津大学可以杵学位稔文的全部或部分内容編入有美数据庫逃行栓索,井采用影印、姉印或拍描等夏制手段保存、ツE編以供査同和借同。同意学校向国家有美部l可或机杓送交沿文的夏印件和磁盤。(保密的学位沿文在解密后適用本授杖悦明)学位沿文作者釜名:獅弔刷T釜各・〈砂移考釜字日期:加η年12月フ日釜字日期:2"ワ年ρ凋フ日r摘要本文针对航

3、空、航天等领域大型装备组装对接过程中的大尺度空间物体的实时位姿测量需求，研究了一种基于后方交会的正交柱面成像空间位姿测量方法。将面阵图像传感器的二维测角的功能进行分解，利用分光棱镜将入射光线投影到两个互相正交的线阵CCD上，采用两个正交线阵CCD为核心的一维角度传感器组合模拟面阵相机，实现被测点的二维空间角度测量。结合摄影测量中的后方交会算法，设计一种手持立体测靶配合正交柱面成像相机便捷测量空间位姿。该方法在保持线阵相机高速、高分辨率的优势的基础上，单站不需要交会即可同时完成空间位置与姿态的测量任务。从系统的测量原理、算法研究、结构分析与设计等方面研究

4、进行了详述，并完成实验验证。实验结果表明该测量方法具有良好的空间点三维坐标测量精度和较高的姿态测量精度。本文的主要研究工作有：1.阐述了正交柱面成像相机中光学系统的组成及其成像规律，研究了一种正交柱面成像测量的角度测量方法。提出了基于三轴精密角度基准的径向基函数相机校准方法，完成了相机校准和软硬件系统搭建。2.基于单目正交柱面相机的角度测量原理，结合物方控制发光点研究基于后方交会的正交柱面成像位姿测量算法。重点研究了单目正交柱面相机与发光点的配合测量过程，建立了位姿测量的数学模型并详细阐述了解算、优化方法。3.在物方空间引入立体测靶，对立体测靶的形状、

5、发光点数目及分布等对测量精度的影响进行仿真分析，阐述了立体测靶系统结构的设计过程，提出了立体测靶结构参数的标定方法。4.搭建基于后方交会的正交柱面成像精密位姿测量实验平台，进行立体测靶标定、相机校准及位姿测量等多个验证实验。实验结果表明方法有效，可被灵活应用，具有良好的测量精度。关键词：正交柱面成像，后方交会算法，位姿测量，线阵CCD相机IABSTRACTAccordingtothelargescalespatialobjectsreal-timeattitudemeasurementdemandintheprocessoflargeequipment

6、assemblydockinginthefieldofaviationandaerospace,anewmethodofposemeasurementbasedonspaceresectionandorthogonalcylindricalimagingisstudiedinthispaper.Inthismethod,theorthogonalangleimagingsystemiscombinedwithtwoorthogonallyarrangedlineararrayCCDstorealizetwo-dimensionalanglemeasur

7、ementfunctionoftheareaimagingdeviceinthephotogrammetry.Usingthealgorithmofspaceresection,ahandheldprobeisdesignedforachievingboththree-dimensionalpositioningofthespatialpointandfurtherspaceobjectattitudemeasurement.Themethodmakesfulluseoftheadvantagessuchashighone-dimensionalang

8、ularresolution,fastacquisitionspeed,simpletreat