本文選題：正交柱面成像　切入點(diǎn)：動(dòng)態(tài)坐標(biāo)測(cè)量　出處：《天津大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：推動(dòng)工業(yè)由加工制造向智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)是未來(lái)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一,作為智能制造的典型應(yīng)用,智能化裝配和運(yùn)動(dòng)過(guò)程監(jiān)控要求實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的同步、實(shí)時(shí)測(cè)量�，F(xiàn)有的坐標(biāo)測(cè)量方法,如:激光跟蹤全站式測(cè)量、光電掃描網(wǎng)絡(luò)式測(cè)量、立體視覺(jué)測(cè)量,在對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)量時(shí),分別面臨著單目標(biāo)、非同步測(cè)量、測(cè)量頻率低的局限性。所以必須探索一種高性能動(dòng)態(tài)坐標(biāo)測(cè)量新方法,以滿足不斷發(fā)展的工業(yè)需求。本文針對(duì)現(xiàn)有動(dòng)態(tài)坐標(biāo)測(cè)量方法的局限性,從傳感層面出發(fā),對(duì)視覺(jué)測(cè)量中面陣圖像傳感器二維測(cè)角功能進(jìn)行分解,采用兩個(gè)正交放置的線陣CCD(Charge Coupled Device)結(jié)合正交柱面成像光學(xué)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)的二維角度測(cè)量,多角度交會(huì)實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)測(cè)量。新方法從原理上保證了多目標(biāo)高頻、同步測(cè)量的可行性。以正交柱面成像式測(cè)量系統(tǒng)為研究對(duì)象,在對(duì)其誤差分析的基礎(chǔ)上,依次從相機(jī)校準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)性能提升、多目標(biāo)跟蹤三個(gè)方面展開(kāi)研究,詳細(xì)闡明了各自的主要問(wèn)題、解決辦法和具體實(shí)現(xiàn),建立了較為完整的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)測(cè)量方法體系,并通過(guò)仿真和實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,正交柱面成像式測(cè)量系統(tǒng)具有良好的測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)性能,能夠完成對(duì)多目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:1、以所提出的正交柱面成像式測(cè)量系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)其角度交會(huì)坐標(biāo)測(cè)量原理進(jìn)行研究,建立了角度測(cè)量模型,描述了坐標(biāo)重構(gòu)方案,并從應(yīng)用層面給出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。2、分析了測(cè)量系統(tǒng)的主要誤差源,對(duì)單相機(jī)的誤差因素進(jìn)行分析以便尋求更加準(zhǔn)確的相機(jī)校準(zhǔn)方法,對(duì)多相機(jī)布局進(jìn)行分析以便研究坐標(biāo)誤差傳遞關(guān)系,兩者融合提高系統(tǒng)測(cè)量精度。3、針對(duì)傳統(tǒng)相機(jī)校準(zhǔn)方法在進(jìn)行復(fù)雜鏡頭畸變校正時(shí)所面臨的局限性,從準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)成像系統(tǒng)投影映射這一相機(jī)校準(zhǔn)的本質(zhì)出發(fā),提出了基于徑向基函數(shù)映射的相機(jī)校準(zhǔn)方法,為測(cè)量系統(tǒng)提供了精度保障。4、考慮到動(dòng)態(tài)測(cè)量中的隨機(jī)誤差,引入卡爾曼濾波算法對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行提升,研究了基于線性卡爾曼濾波和擴(kuò)展卡爾曼濾波的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)測(cè)量方法。5、為解決柱面成像系統(tǒng)普遍面臨的多目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題,提出了基于擴(kuò)展卡爾曼預(yù)測(cè)的多目標(biāo)識(shí)別跟蹤方法,以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)物點(diǎn)像點(diǎn)之間的匹配識(shí)別,針對(duì)測(cè)量過(guò)程中可能出現(xiàn)的光斑交叉和粗大誤差情況,給出了相應(yīng)的解決辦法。
[Abstract]:As a typical application of intelligent manufacturing, intelligent assembly and motion process monitoring require synchronous and real-time measurement of multiple target points.The existing coordinate measurement methods, such as laser tracking full-station measurement, photoelectric scanning network measurement, stereo vision measurement, are faced with the limitations of single target, asynchronous measurement and low measurement frequency respectively.Therefore, a new method of dynamic coordinate measurement with high performance must be explored to meet the continuous development of industrial demand.Aiming at the limitation of the existing dynamic coordinate measurement methods, this paper decomposes the two-dimensional angle measurement function of the plane array image sensor in visual measurement from the sensing level.Two orthogonal array CCD(Charge Coupled devices and orthogonal cylindrical imaging optical system are used to realize the two-dimensional angle measurement of the target point and the 3D coordinate measurement by multi-angle rendezvous.The new method ensures the feasibility of multi-target high frequency and synchronous measurement in principle.Based on the error analysis of orthogonal cylindrical imaging measurement system, this paper studies camera calibration, dynamic performance improvement and multi-target tracking in turn, and explains their main problems in detail.A complete system of dynamic coordinate measurement method is established and verified by simulation and practical experiments. The experimental results show that the orthogonal cylindrical imaging measurement system has good measuring accuracy and dynamic performance.Can complete the multi-target real-time tracking.The main contents of this paper are as follows: 1. Taking the orthogonal cylindrical imaging measurement system as the research object, the principle of the angular intersection coordinate measurement is studied, the angle measurement model is established, and the coordinate reconstruction scheme is described.The main error sources of the measurement system are analyzed, and the error factors of the single camera are analyzed in order to find a more accurate calibration method for the camera.This paper analyzes the layout of multi-camera in order to study the coordinate error transfer relation, and improves the measuring accuracy of the system by combining the two methods. Aiming at the limitation of the traditional camera calibration method in the correction of complex lens distortion,Based on the essence of camera calibration, a camera calibration method based on radial basis function mapping (RBF) is proposed, which provides a precision guarantee of measuring system .4, considering the random error in dynamic measurement.Kalman filtering algorithm is introduced to improve the dynamic performance of the system. The dynamic coordinate measurement method based on linear Kalman filter and extended Kalman filter is studied. In order to solve the problem of multi-target recognition in cylindrical imaging system, the dynamic coordinate measurement method based on linear Kalman filter and extended Kalman filter is studied.A multi-target recognition and tracking method based on extended Kalman prediction is proposed to realize the matching and recognition of multi-object image points. The corresponding solutions are given for the possible cross-section and gross errors of light spots in the measurement process.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：1696747