【摘要】：激光三角測量技術(shù)以其眾多顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的光學(xué)測量技術(shù)之一。為了適應(yīng)科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)對激光三角測量提出的越來越高的精度要求,有必要對激光三角測量技術(shù)中限制其精度的因素進(jìn)行研究。因此本文為了抑制激光三角測量中的激光散斑噪聲,提出了線焦斑照明激光三角測距的方法和分波面移像激光三角測距的方法。主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹了激光三角測距基本原理,并推導(dǎo)了測量不確定度與成像光斑定位不確定度的關(guān)系;解釋了產(chǎn)生激光散斑噪聲的基本原理,并推導(dǎo)激光三角測距測量不確定度的表達(dá)式;提出了線焦斑照明激光三角測距抑制激光散斑噪聲的方法;對成像光斑定位不確定度進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn),分別通過理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激光散斑噪聲對成像光斑定位不確定度的影響,線焦斑照明具有抑制激光散斑噪聲的作用,以及系統(tǒng)參數(shù)對激光散斑噪聲的影響。(2)對線焦斑照明激光三角測距系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),主要包括光學(xué)系統(tǒng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件算法。光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括照明線焦斑的景深和長度、成像鏡頭和圖像傳感器的選擇以及光學(xué)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì);系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,為了適應(yīng)不同的需求,設(shè)計(jì)了三套系統(tǒng)結(jié)構(gòu);軟件算法方面,提出了基于成像光斑形狀的灰度質(zhì)心算法,從而提高了線焦斑抑制激光散斑噪聲的效果。(3)對研制的線焦斑照明激光三角測距系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)性能實(shí)驗(yàn),主要包括系統(tǒng)標(biāo)定、量程掃描實(shí)驗(yàn)以及被測表面影響實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)采用了多項(xiàng)式擬合的方法,并取得了較好的效果;量程掃描實(shí)驗(yàn)證明了本系統(tǒng)的測量不確定度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;被測表面影響實(shí)驗(yàn)證明測量不確定度除了受被測表面粗糙度的影響,還受被測表面光響應(yīng)特性的不均勻性影響。(4)為了在不犧牲更大的橫向分辨率的情況下,進(jìn)一步抑制激光散斑噪聲,本文又提出了分波面移像激光三角測距的方法。介紹了分波面移像抑制散斑噪聲的原理,并討論了各個(gè)成像光斑的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)對激光散斑噪聲抑制效果的影響;給出了本文實(shí)現(xiàn)分波面移像的方法,并根據(jù)成像光斑的統(tǒng)計(jì)性質(zhì),提出了分波面移像中歸一化平均求成像光斑定位坐標(biāo)的方法,進(jìn)一步降低了成像光斑的定位不確定度;最后通過實(shí)驗(yàn)對各種方法抑制激光散斑噪聲的效果進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了分波面移像有比單一線焦斑照明更好的散斑噪聲抑制效果,而單一線焦斑照明有比單一點(diǎn)焦斑照明更好的散斑噪聲抑制效果。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH744.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2735967