基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定

针对红外超广角系统成像畸变大、衍射明显,传统标定方法精度不高的问题,提出了一种基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定方法.以超广角镜头高阶奇次多项式模型为基础,对微小圆形目标成像的径向与切向放大率进行分析,设计了标定方法.利用椭圆方程对目标成像进行拟合,然后以椭圆长短轴比值作为目标函数进行二维高斯曲面拟合,最终将高斯曲面中心作为畸变中心.实验结果表明,本文提出的红外超广角图像中心标定方法对实验畸变图像横纵方向的标定精度分别为0.77pixels、1.02pixels,并以此标定结果对畸变图像进行校正,校正图像中直线最大均方根误差为1.56pixels.实验验证了本文提出的红外超广角图像中心标定方法的准确性,能够满足红外超广角图像畸变中心标定要求.

基于伪距比对的数字多波束天线相位中心标定方法

在星地时间同步系统中,天线的相位中心成为影响同步精度的重要因素。研究了数字多波束天线原理及相位中心概念,针对其特有的工作方式设计了一种伪距比对标定法,通过比对参考波束的伪距值以较小代价实现数字多波束天线的相位中心标定。利用该方法对数字多波束天线相位中心进行了标定,结果表明伪距比对标定法不需要暗室和专用测量系统,提高了数字多波束天线相位中心的可测试性。

光笔式视觉测量系统中的测头中心自标定

考虑光笔式视觉测量系统的测量精度与测头中心位置的准确性相关,本文提出一种基于系统测量模型的测头中心自标定方法。该方法利用每幅光笔图像上的控制点信息,根据位置不变原理建立目标优化函数;利用非线性方程组最小二乘解的广义逆法对目标函数进行优化求解,获得测头中心在光笔坐标系下的位置。最后,借助参考标准锥完成标定,并结合平均思想改善收敛稳定性和速度来实验验证本方法的实用性。实验结果显示,测头中心坐标x、y、z轴的稳定性可分别达到0.033mm,0.030mm和0.043mm,且具有满意的收敛速度。另外,对测量工件圆孔直径与参考值进行比较表明:测头中心标定后,系统的测量精度可满足中等精度的工业测量要求。

天线相位中心暗室标定法远场条件研究

将有限测试距离引入的测相误差公式由一维辐射源拓展到二维口径辐射源。与传统相位方向图误差分析中只考虑单一方向上测相绝对误差的方法不同,提出全新的基于保证有限测试距离处不同方向相位差与远场相位差一致的有限测试距离相位中心测量误差分析方法。利用文献[6]的天线相位中心暗室测量方法,对有限距离引入的误差进行了数值分析,从而得到满足一定精度要求的远场测量条件。以实际天线相位中心标定例子说明了分析方法的正确性。

基于平板标定工具的机器人工具中心点标定方法

为在工业现场便捷、准确地获取工具中心点(tool center point,TCP)参数,降低机器人末端工具的定位误差,提出了一种基于平板标定工具的机器人TCP标定方法.利用机器人TCP与平板多次触碰所形成的空间触点应共面的约束条件,建立了机器人TCP参数标定模型;针对TCP名义参数未知和已知的情况,分别提出了基于粒子群算法的TCP直接求解和线性化的偏差求解算法.通过数值仿真和标定试验验证所提出方法的可行性和准确性,结果表明:TCP直接求解和偏差求解算法求解的结果与传统四点标定法相比,误差分别在0.5 mm和1.0 mm以内.

一种K波段重力场测量天线相位中心在轨标定方法

针对低低跟踪重力测量卫星编队的K波段测量天线相位中心在轨标定问题,分析了编队系统构成以及空间测距K波段天线相位中心远场辐射模型,给出了相位中心在轨标定周期机动设计;采用batch估计理论进行了在轨标定算法设计,同时给出了多组数据条件下的最优融合估计方法,数值分析结果验证了所提出天线相位中心在轨标定算法的有效性.

基于入瞳中心标定的位相测量偏折术光学元件曲率半径测量

对于传统的相位测量偏折术,基于反射定理的测量原理导致其难以完成具有大陡度的大曲率元件曲率半径全口径测量。因此,传统单目偏折术与平面反射镜相结合的测量方法被提出。然而,现有的测量方法中需将安装于显示器上的平面反射镜严格处于45°倾斜状态,并在水平方向与相机光轴的夹角为45°,这无疑使实验装置的调整难度大大增加。提出了一种基于成像透镜入瞳中心标定的测量方法,该方法只需要利用显示器的平移来获得成像相机的入瞳中心即相机的投影中心,而无需精确调整相机和平面反射镜的姿态,操作简单,易于实现。实验中测量了曲率半径均值为8.262 mm的凸球面光学元件,测量得到其每点的平均曲率半径均值为8.321 mm,PV为0.212 mm,相对误差约为0.71%。相比于现有的正入射光路,所提方法不仅实验装置调整难度低,而且还能保证较高的实验测量精度,验证了该方法的可行性。

一种用于波荡器磁中心高精度标定的磁靶标

波荡器磁中心轴的标定是保证自由电子激光装置波荡器安装准直精度的重要前提。介绍了一种利用磁靶标实现波荡器磁中心高精度标定的方法。设计制造了由若干块永磁块组合构成的磁靶标,其能产生一正一斜两个高梯度四极场。测出了两四极场垂直分量的零点位置分布并依此给出了磁靶标的具体使用方法。结果表明:标定后的波荡器磁中心在磁靶标坐标系中水平方向测量精度好于±20μm,垂直方向测量精度好于±2μm。

HEPS六极铁标定方案分析

六极铁作为高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)储存环八铁单元的重要部件之一,其技术工艺较为复杂,对加工精度和中心引出精度要求都很高。本文对HEPS六极铁的机械中心引出标定方案进行了研究,利用极缝偏差角对常规标定坐标系进行旋转,使三个极缝面更接近理论位置,从而减小磁铁主场斜分量;对每块磁铁进行两次机械中心标定,极缝间距的实测值与设计值的标准偏差在0.015 mm,坐标系旋转前后的基准点偏差标准值为0.09 mm,旋转角最大可达0.6 mrad。这种考虑极缝偏差角的建系方法可以提高标定的精度,能为实际工作中同类型、准直精度有相同要求的设备标定提供参考,有利于加速器装置的顺利安装,对加速器准直测量具有十分重要的意义。

高能光源磁铁的三坐标标定技术

针对高能同步辐射光源需要进行大批量磁铁的中心引出标定,提出了一种基于三坐标测量机的磁铁机械中心标定方案,确定了编写自动测量程序的流程和方法 ,参与完成了加速器中多种类型磁铁的标定。对176块储存环六极铁的三坐标机测量数据进行分析,结果表明:每块磁铁进行两遍机械中心标定,获得准直基准点的标定重复性在0.01 mm之内;极缝间距离的实测值与设计值标准偏差均在0.015 mm之内;标定效率相较激光跟踪仪提高了2倍。这种借助三坐标测量机的磁铁标定方法可以提高标定精度,降低人力成本,提高工作效率,能为加速器工程中磁铁中心的引出标定工作提供参考,保证加速器装置的安装顺利,满足加速器准直测量的工程进度要求。

基于2D靶标的摄像机与转台中心轴同步标定方法

针对旋转拼接系统分步标定摄像机和转台中心轴时容易造成误差累计的问题,提出一种基于2D靶标的摄像机与转台中心轴同步标定方法。该方法利用转台旋转调整2D靶标位姿,通过同一组实验数据完成摄像机与转台中心轴两个标定过程。实验结果表明:四视角点云拼接试验中,标准球拼接后,重建模型直径与实际直径偏差均值为0. 1293 mm;航空压气机叶片拼接后获得模型厚度与叶片实际厚度偏差的均值为0. 1192 mm,平均偏差率为4. 47%,满足叶片焊接轨迹规划需要。实际应用证明:该方法简化了系统标定流程,在不降低三维点云测量与拼接精度的前提下,提高了系统标定效率。

CSNS四极铁标定方案分析

围绕CSNS四极铁的中心引出标定方案进行研究,重点分析基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值;同时对每块磁铁进行两遍旋转中心和机械中心标定,比较其中心偏差标准值,分析结果表明:基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值为0.1 mm;通过两遍旋转和机械中心标定,获得的CSNS四极铁的标定重复性精度在0.03 mm之内;旋转和机械中心的偏差标准值为0.1 mm。因此同类型、同准直精度要求的设备准直在无法实施磁中心标定情况下,不能直接用机械中心代替旋转中心标定,而采用旋转中心标定,再叠加旋转和磁中心偏差进行改正的标定方案则能很好地满足当前设备准直的精度要求。

电子射野影像装置的位置标定研究

目的研究电子射野影像装置(EPID)安装时2种不同的高度标定方法和2种不同的中心标定方法,找出方便、快捷且准确的EPID位置标定方法。方法对于1台装有EPID的加速器,分别采用金属球法和3D Frame法进行EPID的高度标定,分别采用金属球法和Collimator QA法进行EPID的中心标定。结果根据不同方法采集的图像,计算对应的高度标定值以及中心标定值。结论 3D Frame法与Collimator QA法更加稳定可靠,适合作为临床上EPID的安装标定与质检方法。

基于球面均匀分布的焊接机器人TCP标定方法

当前焊接机器人工具中心点(TCP,tool center point)采用固定参考点法标定时,存在机器人位姿选择的随机性和分布的不均匀性,为解决这一问题,提出了一种基于球面均匀分布的TCP标定方法.以机器人自带的“六点法”为初步标定基础,创建初始测量点位形;在离线仿真环境下,采用力学斥力迭代法构建以固定参考点为球心呈球面均匀分布的虚拟点,逐组计算使虚拟机器人第六轴末端中心处于各虚拟点处,剔除其中关节角超限、连杆之间发生碰撞的情形;最后调节实际机器人到筛选后的各测量点位形,应用最小二乘球面拟合法求解最终的TCP标定结果.结果表明,该方法使机器人姿态在各测量点绕固定参考点均匀分布,最大限度增大了各测量点之间机器人位姿的差异度,可有效提高标定精度和稳定性.

基于可测距平板工具的机器人TCP标定方法

针对工业机器人工具中心点(Tool Center Point,TCP)标定,提出一种基于带二维测距功能标定工具板的标定方法。标定工具板能够感知机器人TCP的触碰,并测量任意两触点之间的距离。使机器人TCP与标定板触碰四次,并以触点形成的线段长度为坐标变换不变量为约束,建立TCP参数标定模型。该模型包括一个三元二次代数方程组,通过消元法可求出其所有可能解,并提出了真实解的判定方法。通过数值仿真,验证了所提出方法的可行性。以电阻触摸屏作为标定板为例,分析了标定板距离测量分辨率对标定精度的影响规律。以电阻屏为标定板进行了参数标定实验,证实了该方法的准确性。方法标定过程简单,易于实现自动化,适用于大多数工业机器人的工具坐标系的标定。

光截法旋转式物体三维重构

本文依据计算机视觉的理论,采用光截法,搭建了一个旋转物体三维重构实验平台。探讨了摄像机及回转台中心轴的标定和空间坐标转换还原工作。并以表面不平的小纸杯为对象进行了具体实验,在MATLAB下对其进行了图像处理获得物体空间三维数据,并将其三维显示出来,获得了较满意的结果。

平面靶标测头中心的两步法标定

针对手持靶标视觉坐标测量的广泛应用,提出一种平面靶标测头中心现场两步标定的方法。通过两组不同位姿的靶标图像建立靶标坐标系与摄像机坐标系之间的转换关系,利用第一组靶标平行于成像面不同倾角的图像信息,根据位置不变原理建立目标优化函数,通过Levenberg-Marquardt算法求解出靶标坐标系下测头中心在x、y方向最优化的修正值;再依据第二组靶标相对于摄像机成像面不同倾角的图像信息求解出测头中心在z方向的误差。通过仿真和实验验证了方法的正确性,实验结果表明,测头中心坐标在x、y、z方向的重复性精度分别达到0.077,0.035,0.140mm,有效地解决了手持平面靶标测头中心现场标定的难题。

Sub-pixel extraction of laser stripeand itsapplication in laser plane calibration

For calibrating the laser plane to implement 3D shape measurement, an algorithm for extracting the laser stripe with sub-pixel accuracy is proposed. The proposed algorithm mainly consists of two stages： two-side edge detection and center line extraction. First, the two-side edge of laser stripe is detected using the principal component angle-based progressive probabilistic Hough transform and its width is calculated through the distance between these two edges. Secondly, the center line of laser strip is extracted with 2D Taylor expansion at a sub-pixel level and the laser plane is calibrated with the 3D reconstructed coordinates from the extracted 2D sub-pixel ones. Experimental results demonstrate that the proposed method can not only extract the laser stripe at a high speed, nearly average 78 ms/frame, but also calibrate the coplanar laser stripes at a low error, limited to 0.3 mm. The proposed algorithm can satisfy the system requirement of two-side edge detection and center line extraction, and rapid speed, high precision, as well as strong anti-jamming.

谐振式光学陀螺锁频偏差的消除方法研究

谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该文对此进行了仿真分析与实验测试,并通过标定光功率与解调曲线中心点的方式得到两者线性关系,实时检测光功率补偿陀螺系统锁频点,消除光功率波动引起的陀螺输出误差,在本方案下陀螺系统的零偏稳定性测试为80 (°)/h,且输出路无漂移现象,能够提升陀螺系统的长期工作稳定性。

优化的PSO空间高精度线结构光直接标定法

线结构光测量系统的立体标定是进行三维测量的必要环节,其标定精度直接决定三维测量的精度。针对目前线结构光标定存在的计算过程复杂、局限性大、成本高、精度低等问题,提出了一种空间高精度线结构光直接标定法。设计异形标定块,通过DBSCAN算法剔除标定块线激光条纹上的噪声点与边界点,然后利用改进的PSO算法优化最短路径寻优的目标函数,提取线激光条纹上的特征标定点,建立像素坐标与世界坐标之间的映射关系表,从而直接获取待标定点像素坐标对应的世界坐标,或通过距离待标定点最近的三个特征标定点计算出关系转换矩阵,获取待标定点的世界坐标。试验表明,优化后的PSO算法寻优能力提升了27.23%,收敛速度提升了66.67%,特征标定点的提取误差约为0.4个像素,线结构光测量系统标定后,沿x方向的平均绝对测量误差为0.015 6 mm,沿z方向的平均绝对测量误差为0.017 4 mm。