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新型激光标靶位姿测量系统关键技术研究

孟祥瑞  
【摘要】:物体位姿测量在重大型工程中有着广泛的应用,目前主要方法有图像视觉法、惯性测量法、棱镜法、激光标靶法等。针对现有的测量方法存在的测量范围有限、精度低、系统便携性差等问题,本文提出了一种新型激光标靶位姿测量系统。设计了基于嵌入式系统的激光标靶,该标靶结合全站仪能够有效地实现物体位姿测量。在Linux平台上,结合连通域标记和边界识别,研究了一种以质心法为核心的光斑中心提取算法,该算法重复性精度高、鲁棒性好。定义了激光标靶测量系统的坐标系,并通过对相机的标定以及对相机坐标系和激光标靶坐标系相对关系的确定,提出了一种姿态解算算法。实验数据表明,激光标靶工作稳定、测量精度高,在用2 m长刚体模拟目标物体进行的验证实验中,取得了整体误差小于1 mm的结果。示范应用效果表明该新型激光标靶测量系统十分吻合工业工程中位姿测量的应用需求,应用前景十分广泛。本论文主要研究工作和创新点包括:1.研究分析了国内外工程应用中的位姿测量系统,在总结了现有系统的优势和不足后,明确了本文的研究方向和目标,提出了一种新型激光标靶位姿测量系统。2.完成了激光标靶的开发工作。通过对激光标靶硬件系统的优化设计,实现了激光标靶的小型化,保证了激光标靶测量系统的便携性。对比多种嵌入式平台,最终以嵌入式Linux为平台,开发了激光标靶应用程序。3.对比多种光斑中心提取算法并结合激光标靶对光斑中心提取算法的要求,选择以质心法为核心,通过对其进行优化,实现了一种重复精度高、鲁棒性好的光斑中心提取算法。4.定义了激光标靶测量系统坐标系,完成了相机标定,确定了相机坐标系与激光标靶坐标系的相对关系,最终建立起了光斑位置与入射激光在激光标靶坐标系下的角度关系,并以此为基础提出了一种姿态解算算法。5.搭建实验平台,对激光标靶测量系统测量误差进行验证和分析。


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