相关运算在条码定位中的应用研究

论文摘要

数学上的相关运算常被用于物理学、计算机科学及信息科学中。精密图像测量、高精度图像目标定位中常用的数字相关法正是基于相关原理而发展起来的：并且由于其操作简单、适应性强（对环境要求低、抗干扰能力强）、精度高等优点，在实际中有着广泛的应用。数字相关方法最初是由Yamaguchi、Peters W．H和Ramson W．F等人于1982提出的，国内最先对该方法进行研究的是高建新等人。近年来，随着计算机技术的发展以及图像采集设备的完善，数字相关法得到了不断的改进和提高。本课题以该技术领域的研究成果为理论基础，以条码定位技术的典型应用产品——数字水准仪的国内外发展状况为背景，以提高数字水准测量系统的精度为目的，针对数字水准测量中条码标尺定位精度受环境条件及测量距离的影响问题进行了分析研究；提出了基于相关原理的水准条码标尺的亚像素定位算法。为实现相关定位匹配运算，建立了等间隔条码标尺的灰度值与条码间距和标尺位置高度（标高）之间的数学关系式以及相应条码图像的数学关系式。可靠性和精度是衡量一种算法优劣的两个重要指标。为了验证本算法的性能，在VC++6.0环境下通过C++语言编制了基于周期组合编码的四周期组合码水准标尺的仿真软件，进行了模拟仿真实验。并在模拟实验的基础上，进行了实际数字水准仪的测量实验验证。仿真结果与实际实验结果都表明新算法的提出，有效地提高了水准标尺的定位精度，降低了环境条件对数字水准测量系统的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及现状
• 1.2 主要问题及研究意义
• 1.3 本课题的主要研究工作
• 2 数字水准测量系统
• 2.1 数字水准仪的结构及测量原理
• 2.1.1 数字水准仪的结构及特点
• 2.1.2 数字水准仪的测量原理
• 2.2 现有条码标尺的结构及定位算法
• 2.2.1 相关法
• 2.2.2 几何法
• 2.2.3 相位法
• 2.3 条码标尺定位的一般算法
• 2.4 小结
• 3 相关及相关定位技术
• 3.1 相关的定义
• 3.1.1 连续相关
• 3.1.2 离散相关
• 3.2 相关运算的性质
• 3.3 相关运算的物理意义
• 3.4 基于相关原理的数字图像相关法
• 3.4.1 相关模板的选取
• 3.4.2 相关法的几种表示形式
• 3.4.3 相关法的亚像素级定位
• 3.4.4 提高相关定位精度的措施
• 3.4.5 提高相关运算的速度
• 3.5 小结
• 4 水准条码标尺新定位算法的设计与实现
• 4.1 定位算法设计的基本思想
• 4.2 频域识别方法及物像比的求解
• 4.2.1 离散傅立叶变换
• 4.2.2 物像比的频域计算方法
• 4.3 条码图像的数学模型
• 4.3.1 实际条码标尺的数学模型
• 4.3.2 理想条码图像的数学模型
• 4.3.3 实测条码图像的数学模型
• 4.4 条码标尺的定位
• 4.4.1 条码标尺的整像素级定位
• 4.4.2 条码标尺的亚像素级定位
• 4.5 算法的性能评价
• 4.5.1 仿真图制作
• 4.5.2 用仿真图来评价算法性能
• 4.6 小结
• 5 仿真与试验
• 5.1 模拟仿真实验
• 5.1.1 条码仿真图制作
• 5.1.2 仿真实验
• 5.2 实验
• 5.2.1 实验装置介绍
• 5.2.2 实验结果
• 5.3 小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录