基于多线阵相机的空间定位实用化技术研究

论文摘要

空间定位是用途极为广泛的高新技术之一,可以应用于自动化装备及作业对象的位姿与运动轨迹检测,机电系统性能评估,自动控制与运动规划等各种领域,因此研究具有良好环境适应性、高精度和响应快的视觉空间定位系统具有特别重要的意义。 本文所进行的基于多线阵相机PSD的空间定位系统实用化技术研究,其主要目的是解决高精度、快速、全天侯、低成本的空间物体定位与轨迹跟踪问题。这种具有快速、全天侯、低成本的空间定位装置在科研与生产、生活中具有非常广泛的应用价值。 本文介绍了基于PSD的空间定位系统的几何定位原理:设计了基于PSD的空间定位系统的硬件结构;还分析了基于PSD的空间定位系统的主要误差影响因素:并提出了误差补偿方案以及输出结果的归一化模型;本文完成了实验系统设计,并进行了大量的实验,验证了基于PSD的空间定位系统设计的合理性与可行性,以及各项性能指标。 研究表明,基于多线阵相机PSD的空间定位系统具有采样速度快,计算方法简单,测量精度高,电路设计易于实现,可靠性强和成本低等显著优点。因此,不仅为其实用化技术奠定基础也给其它重大项目提供了技术准备和理论依据,也可广泛地应用于多种领域的位姿测量和轨迹跟踪。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究意义及课题背景
• 1.2 空间定位技术概述
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.4 主要研究内容
• 2 系统标定与定位方法
• 2.1 图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
• 2.2 针孔模型原理
• 2.3 基于PSD的空间定位方法
• 2.3.1 投影原理
• 2.3.2 定位计算方法
• 2.3.3 标定计算方法
• 2.4 线性模型摄像机标定的注意问题
• 2.5 定位系统的软件实现
• 3 系统技术要求和定位原理
• 3.1 PSD空间定位系统
• 3.2 基于PSD的空间定位系统定位原理分析
• 3.2.1 基于非平行观测面的交汇定位原理
• 3.2.2 PSD成像信号生成机理
• 3.2.3 基于柱面镜头的PSD定位机理
• 3.3 基于PSD的空间定位系统的技术特点
• 3.4 基于PSD的空间定位系统的技术难点
• 4 系统的硬件设计
• 4.1 信号源的设计
• 4.2 PSD相机的设计
• 4.3 信号处理电路
• 4.4 多路信号采集模块
• 4.5 电源
• 4.6 系统性能分析
• 4.7 印刷电路板的抗干扰措施
• 5 信号处理模块的设计及实现
• 5.1 放大电路的设计
• 5.2 滤波电路的设计
• 5.3 精密整流电路的设计
• 6 系统误差分析与补偿
• 6.1 误差分析及改进措施
• 6.2 误差校正方法
• 6.2.1 误差来源
• 6.2.2 误差的补偿校正
• 6.2.3 结论
• 6.3 实验结果对比
• 7 基于PSD的空间定位系统的实验与调试
• 7.1 实验系统构成
• 7.2 实验环境及摄像机分布情况
• 7.3 实验步骤
• 7.4 实验测量结果
• 7.5 实验结果实时性分析
• 8 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢