下装光机模块双视角视觉测量技术研究

【摘要】：大型激光装置进行实验时,需要更换大量的光机模块,也被称作在线可替换单元(Line Replaceable Unit,LRU模块)。LRU模块主要负责激光的一系列实验,其响应机构需要很高的精密性和洁净度,需要特种装备来进行转运和装校拆卸,其中约有三分之二的模块需要进行从下到上的方向装校,即为下装模块。该下装光机模块的转运车顶部与安装位置底部之间的间隙非常小,常规视觉测量的方法实现起来比较困难。本文以下装光机模块装校系统的定位对接为研究对象,提出了一种双视角视觉测量方法,主要应用于这里的窄视角,短视距环境。首先本文分析了双视角视觉测量系统的项目需求,从而得出了工作流程,即为下装系统进行装校时,当转运车行驶到指定区域后,利用双视角视觉测量系统,来识别大型激光装置洁净厢底部安装的特征标识块,提取出特征点坐标后通过坐标转换,来得到转运箱体与洁净厢的旋转偏移量。然后介绍了摄像机标定原理,传统双目相机标定原理,从而引出了双视角视觉测量的标定方法,同时推导了其获取特征标识块中心坐标后的坐标转换数学公式。其次本文针对窄视角,短视距环境中可能出现光照不均的情况,提出了一种基于双边滤波的对数变换图像增强,并与直方图均衡化增强,顶帽形态学操作增强的效果进行对比分析。该方法相比其他方法的各项评价指标提升明显,且它对光照正常情况的鲁棒性也较好。然后本文针对hough变换圆检测中耗时过多的问题,提出了一种基于随机hough变换的圆检测优化方法,结合了三种随机采样约束条件,显著提高了圆检测的效率,同时保留了hough变换圆检测的高精度。最后由于本项目还未完全投入使用,不能进行实际的测量调试,本文进行了双视角视觉测量验证实验平台的设计与搭建,设计了一种特殊的加长标定板,对双视角相机标定进行验证,标定结果重投影误差小于单位像素,和传统双目相机标定结果相近。同时,对整体视觉测量系统的测距效果进行了验证试验。最终结果表明双视角视觉测量的算法精度完全满足实际需求,对后续工程实施有指导作用。