基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测距装置及方法

2022-07-27

激光三角测距法作为一种典型的光学测距技术,不仅具有光学测距技术本身的特点,还具有原理易懂、结构简单、装配灵活、性价比高、在线测量等特点,因此激光三角测距法相对于其他测量方法有着更加广泛灵活的应用。但激光三角测距法中一直存在着精度与量程的矛盾,为了解决这一矛盾,本文提出了一种新型的基于光栅多级衍射CCD分段复用的激光三角测量法。本文主要研究内容如下:

1)通过文献,了解了国内外激光三角测距技术和其量程扩展方法的研究概况,介绍了传统激光三角测距系统中量程和精度之间的矛盾以及一些已有的解决方法,并分析了它们的优缺点。

2)介绍了传统激光三角测距系统的基本原理和本文研究的激光三角测距系统的基本原理,论证了传统激光三角测距系统中量程和精度之间的矛盾和,论述了本文研究的激光三角测距系统解决这一矛盾的方法,阐述了本文使用特定光路的原因,推导了本文研究的激光三角测距系统的物像关系。

3)对本文研究的激光三角测距装置进行了系统设计,主要包括光学系统和机械结构。光学系统的设计主要包括照明模块的景深,衍射模块的光栅常数和光栅旋转角,探测模块的成像透镜组参数和CCD相机参数。

4)对本文研究的激光三角测距装置所用软件进行了设计,主要包括算法和系统设计。算法包括了光斑分级算法和光斑定位算法。光斑定位算法中,论述了传统定位算法灰度重心法对于本文装置的不足,引入了图像匹配算法来确定光斑位置并介绍了几种常用的图像匹配算法。

5)对本文研究的激光三角测距装置进行了验证性实验,主要包括分别使用三种图像匹配算法进行的系统标定和量程扫描实验,对三种图像匹配算法得到的实验结果和产生的误差进行了分析和总结。


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