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光学数码坐标测量精度优化与误差补偿技术研究

王鑫  
【摘要】: 光学数码坐标测量系统是建立在数字近景测量技术基础上的一种新型精密测量系统。它具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点,适合工业工程的现场测量,具有重要的研究应用价值。 测量靶标上光源标记点的使用贯穿系统测量过程的始终,是影响系统测量精度的关键因素之一。本论文在如何提高光源标记点的性能,以及精确提取光斑图像中心坐标做了深入细致的研究。由于建立的系统模型与真实系统间存在一定的差异,本文研究了测量系统的误差补偿模型,使测量精度进一步提高。 论文的主要研究内容如下: 1.分析了数字近景摄影测量技术的发展过程及其现状,对光学坐标测量系统中相机的直接标定方法和相机定向原理进行了分析。研究了特征点成像中心的亚象素提取采用的质心迭代提取法及该算法的稳定性控制。 2.研究了LD光源、散射膜及吸光纸的特性,并着重分析了LD光源作为标记点使用时,散射膜及吸光纸的贴附对其性能的影响,得出了贴附前后系统线性和相机定向实验结果。可以看出,散射膜及吸光纸的贴附对于优化测量精度起到了良好的效果。 3.研究了红外LED的特性,并分析了其比LD光源的显著优势。通过理论和实验分析了光斑尺寸对光斑中心点提取精度的影响,然后对LED光斑尺寸和稳定性、使用LED标记点后的系统综合线性以及相机定向进行了实验研究,使测量精度得到进一步优化。 4.研究了误差补偿模型。根据在相机标定过程中获得的点阵列各个控制点图像坐标的残差修正值,搜索对应的空间网格数据,通过线性插值的方法对被测点图像坐标进行修正。对误差补偿定向结果进行了实验验证,效果显著。


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