基于CCD相機(jī)的中遠(yuǎn)距離位移距離測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì)

1、基于CCD相機(jī)的中遠(yuǎn)距離位移距離測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì) 基于相機(jī)的中遠(yuǎn)距離位移距離測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì)黃輝指導(dǎo)教師姓名、職稱: 使棗直:教援企業(yè)導(dǎo)師姓名、職稱: 玉專業(yè)或領(lǐng)域名稱:.扭越劍造廈甚自動(dòng)絲學(xué)生所屬學(xué)院: 扭電工猩堂院論文辯論日期: 生§縣.:.,.,摘要摘 要隨著近代工業(yè)的快速開展,對(duì)計(jì)量測(cè)試技術(shù)要求越來(lái)越高,航空、軍工、機(jī)械、建筑等各個(gè)領(lǐng)域中的許多測(cè)量要求在特殊的條件下進(jìn)行,如高溫、高壓、高速、放射性及強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境,因此,開發(fā)研究遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。自從非接觸測(cè)量受關(guān)注以來(lái),基于激光和超聲波的測(cè)量技術(shù)是最常用的方法。但是基于激光和超聲波的測(cè)量方法的測(cè)量精度在很大程

2、度上依賴于被測(cè)物外表的反射能力,如果測(cè)量外表不理想,那么測(cè)量系統(tǒng)通常會(huì)表現(xiàn)很差,由于測(cè)量系統(tǒng)存在這些問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生測(cè)量精度喪失,因此采用基于激光的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行標(biāo)定就會(huì)有一定的影響,而且這些測(cè)量方法在進(jìn)行測(cè)量時(shí)對(duì)目標(biāo)圖像的記錄存在一定的難度。于是出現(xiàn)基于圖像測(cè)量技術(shù)的位移、距離以及從攝影圖像中獲取目標(biāo)幾何特征的圖像測(cè)量技術(shù)。由于能夠提供豐富的測(cè)量環(huán)境信息資源,圖像測(cè)量方法獲得了廣泛的應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)基于立體視覺的系統(tǒng)通常要求兩臺(tái)相機(jī)置于同一水平不同位置來(lái)獲取兩張不同的圖像來(lái)作進(jìn)一步的分析。采用圖像方法測(cè)量時(shí)需要模式識(shí)別和圖像分析來(lái)對(duì)圖像中特征進(jìn)行提取和匹配,因此該測(cè)量系統(tǒng)也就需要大容量和高速度的數(shù)字

3、信號(hào)處理器,這也不可防止的導(dǎo)致該測(cè)量系統(tǒng)在系統(tǒng)的復(fù)雜性、處理的速度以及本錢方面的缺乏。由于處理速度受到限制,采用模式識(shí)別和圖片分析方法的實(shí)時(shí)測(cè)量的表現(xiàn)一般令人不滿意,尤其是在嵌入式應(yīng)用方面。本文基于數(shù)字圖像處理技術(shù),提出了以圖像像素?cái)?shù)來(lái)計(jì)算被測(cè)目標(biāo)距離和位移的圖像測(cè)量方法,并在此根底上設(shè)計(jì)了由相機(jī)圖片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機(jī)圖像數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)和圖像計(jì)算處理局部組成的位移、距離測(cè)量平臺(tái)。包括以下局部的開發(fā)研究:.設(shè)計(jì)并制作了基于單片機(jī)的圖像數(shù)據(jù)讀取、傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)。它采用作為控制系統(tǒng)的微處理器控制芯片,使得整個(gè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,高效?？紤]到不能直接讀取相機(jī)中的圖片數(shù)據(jù),本文選擇芯片作為數(shù)據(jù)通信的橋接芯片。

4、針對(duì)所采集的圖像數(shù)據(jù)量大,不廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論丈利于讀取和傳輸?shù)膯?wèn)題,本文采用了函數(shù)重定向的方法,將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的圖片直接發(fā)送到圖像處理局部。.提出了以像素?cái)?shù)來(lái)計(jì)算位移、距離的測(cè)量方法?；诒粶y(cè)目標(biāo)平移,像素?cái)?shù)不變的原理,在被測(cè)目標(biāo)上進(jìn)行參考點(diǎn)距離標(biāo)定,通過(guò)被測(cè)目標(biāo)位移與參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)比例關(guān)系來(lái)計(jì)算被測(cè)目標(biāo)的位移。通過(guò)沿拍攝方向前后平移相機(jī),來(lái)獲得兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)差,從而推導(dǎo)出距離測(cè)量的計(jì)算方法。.實(shí)驗(yàn)分析了測(cè)量距離對(duì)位移和距離測(cè)量精度的影響;并考察了光軸偏角對(duì)位移測(cè)量精度的影響;通過(guò)對(duì)沿拍攝方向距離差研究分析,得到了該距離差與距離測(cè)量精度之間的關(guān)系。關(guān)鍵詞:像素?cái)?shù);圖像處理;

5、距離測(cè)量;遠(yuǎn)距離,. , , ,., ,?,. ., ? ., . . .,.,. , . , . ,.,. , ,.,廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文? 目 , ,.:. ,., , . . , .,. ,.:; ; ;目錄目 錄摘 要?.目 錄?第一章緒論.研究背景及意義.國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀?.遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量.數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù).主要研究?jī)?nèi)容?如第二章測(cè)量平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)及組成?.測(cè)量平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)。.位移測(cè)量平臺(tái)的組成及功能.圖像采集局部.控制系統(tǒng)?.;.圖像處理局部.小結(jié)?. 第三章測(cè)量原理與方法。.測(cè)量原理.平移不變?cè)?參考點(diǎn)之間像素?cái)?shù)的計(jì)算?. .兩參考點(diǎn)特征區(qū)域的提取.兩參考點(diǎn)輪廓的邊界

6、提取?.兩參考點(diǎn)形心坐標(biāo)的計(jì)算?。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.參考點(diǎn)形心坐標(biāo)計(jì)算流程圖?.小結(jié)?.第四章測(cè)量平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?.處理器芯片選擇.微處理器芯片選擇?.單片機(jī)芯片的選擇?.最小系統(tǒng).數(shù)據(jù)通信芯片的選擇?。.數(shù)據(jù)通信接口芯片的介紹.數(shù)據(jù)通信橋接芯片的選擇.電路設(shè)計(jì)?.控制軟件設(shè)計(jì).圖像數(shù)據(jù)的讀取。.圖像數(shù)據(jù)的傳輸?.小結(jié)?.第五章測(cè)量實(shí)驗(yàn)與分析.測(cè)量系統(tǒng)介紹與實(shí)驗(yàn)條件.位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析.不同距離位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)及距離對(duì)位移測(cè)量的影響?。.光軸偏角對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響?.參考點(diǎn)間距對(duì)位移測(cè)量的影響?.距離測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析.距離測(cè)量實(shí)驗(yàn)及距離對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響?.對(duì)距離測(cè)量的影響.參考點(diǎn)間距對(duì)

7、距離測(cè)量的影響.、結(jié)?.結(jié)論與展望?參考文獻(xiàn)?.攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文?.獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明.目錄致 謝廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文?.?. .?.?.?.?.?.?.?.:.:.?.?.?.?.?.?.?.?.?:.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?. 。.?.?.?.?. .?.?.?.?.?.。.?.哪.?。 .?.?.?. ? .?.?.?.?.?.?.?. . .?.?。.?.廣東工業(yè)大學(xué)碩士擘位論文.?.?.?.:.:;?。第一章緒論第一章緒論.研究背景及意義一切物體,大至星系、恒星,小到分子、原子,只要它存在,無(wú)論靜止或者運(yùn)動(dòng),都會(huì)存在測(cè)量的問(wèn)題;目前,高

8、度工業(yè)化的國(guó)家把全部勞動(dòng)力的約%用來(lái)?yè)?dān)任測(cè)量任務(wù),其中%的工作量用于幾何變量的檢測(cè)?。隨著科學(xué)技術(shù)的開展,各類產(chǎn)品的生產(chǎn)和各種裝備的制造對(duì)加工精度要求越來(lái)越高,精密加工和超精密加工技術(shù)水平已經(jīng)成為國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平開展的重要標(biāo)志。這也為測(cè)量技術(shù)提供了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。尤其是近年來(lái)納米技術(shù)的不斷開展,對(duì)測(cè)量精度提出要求的同時(shí)也為其提供了進(jìn)步的手段心,。高精度的測(cè)量慢慢成為工業(yè)生產(chǎn)和科研中不可缺少的重要局部?，F(xiàn)代測(cè)量方法在計(jì)量、工程測(cè)量和現(xiàn)代武器、空間技術(shù)等的開展中發(fā)揮了重要作用,測(cè)量的精度和效率在一定程度上決定了測(cè)量技術(shù)乃至科學(xué)技術(shù)開展的水平。隨著近代工業(yè)的快速開展,對(duì)計(jì)量測(cè)試技術(shù)要求越來(lái)越高,航空

9、、軍工、機(jī)械、建筑等各個(gè)領(lǐng)域中的許多測(cè)量要求在特殊的條件下進(jìn)行,如高溫、高壓、高速、放射性及強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境,因此,開發(fā)研究遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。遠(yuǎn)距離位移測(cè)量主要分兩個(gè)方面,一是對(duì)室外遠(yuǎn)距離的大型目標(biāo)的形變檢測(cè),;二是普通目標(biāo)的非接觸性位移測(cè)量。在第一方面典型應(yīng)用包括對(duì)滑坡地區(qū)的山體檢測(cè),對(duì)橋梁等建筑的變形檢測(cè),從而為災(zāi)害預(yù)防提供可靠依據(jù),或采用基于定位的方法隨。在另一方面,主要是應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)、材料的熱變形、生產(chǎn)線的移動(dòng)監(jiān)測(cè)等方面。主要是利用磁、光、波等的手段,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量。因此,對(duì)高精度和效率的測(cè)量技術(shù)深入研究,進(jìn)行遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量裝備設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的開發(fā),是當(dāng)

10、前迫切需要解決和開展的應(yīng)用技術(shù),對(duì)于促進(jìn)我國(guó)的高新技術(shù)開展,提升國(guó)際綜合競(jìng)爭(zhēng)力,具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀.遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量位移、距離測(cè)量主要是通過(guò)將位移、距離轉(zhuǎn)化成電磁信號(hào)、光信號(hào)、力的變化等方式檢驗(yàn)物體的移動(dòng)與否,同時(shí)定量分析所轉(zhuǎn)化信號(hào)的大小從而間接計(jì)算出其位移量。下面是幾種常見的遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量裝置的介紹測(cè)量技術(shù),全球定位系統(tǒng),通常簡(jiǎn)稱,又稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),是一個(gè)中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球外表絕大局部地區(qū)%提供準(zhǔn)確的定位、測(cè)速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部研制和維護(hù),可滿足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續(xù)精

11、確確實(shí)定三維位置、三維運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的需要。具有以下特點(diǎn):第一,全天候,不受任何天氣的影響;第二,全球覆蓋高達(dá)%;第三,三維定點(diǎn)定速定時(shí)高精度;第四,測(cè)站間無(wú)需通視;第五,快速、省時(shí)、高效率;第六,應(yīng)用廣泛、多功能;第七,可移動(dòng)定位?；谝陨咸攸c(diǎn),越來(lái)越多基于的測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于我們的工作和生活中。在道路、橋梁、隧道的施工中雖然已經(jīng)采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備,但常規(guī)測(cè)量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制,作業(yè)強(qiáng)度大,且效率低,大大延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期,因此在當(dāng)前的工程工程中大量采用設(shè)備進(jìn)行工程測(cè)量。除了工程施工,在野外勘探及城區(qū)規(guī)劃中的測(cè)量,個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)的定位和車輛防盜系統(tǒng)等都大量采用了測(cè)量技術(shù)。測(cè)

12、量技術(shù)在遠(yuǎn)距離和超遠(yuǎn)距離的測(cè)量都能到達(dá)很高的精度,但是在幾十米的測(cè)量范圍內(nèi)該測(cè)量方法就有其局限性了。磁尺測(cè)量?磁尺作為一種精度比較高的測(cè)量裝置,它由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路組成。利用錄磁原理將一定周期變化的方波、正弦波或脈沖電信號(hào),用錄磁磁頭記錄在磁性標(biāo)尺的磁膜上,作為測(cè)量的基準(zhǔn)。檢測(cè)時(shí),用拾磁磁頭將磁性標(biāo)尺上的磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),經(jīng)過(guò)檢測(cè)電路處理后用以計(jì)量磁頭相對(duì)磁尺之間的位移量。磁尺按其結(jié)構(gòu)可分為直線磁尺和圓型磁尺,分第一幸緒論別用于直線位移和角度位移的測(cè)量。磁性標(biāo)尺制作簡(jiǎn)單、安裝調(diào)整方便,對(duì)使用環(huán)境的條件較低:如對(duì)周圍電磁場(chǎng)的抗干擾能力較強(qiáng),在油污、粉塵較多的場(chǎng)合下使用有較好的穩(wěn)定性。高

13、精度的磁尺位置檢測(cè)裝置可用于各種測(cè)量機(jī)、精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。磁尺檢測(cè)是模擬測(cè)量,檢出信號(hào)是一模擬量,必須經(jīng)檢測(cè)電路處理變換,才能獲得表示位移量的脈沖信號(hào)。檢測(cè)線路包括激磁電路、信號(hào)濾波、放大、整形、倍頻、數(shù)字化等電路環(huán)節(jié)。根據(jù)該測(cè)量技術(shù)開發(fā)的磁致伸縮位移傳感器不適用于強(qiáng)電磁輻射場(chǎng)所且價(jià)格相對(duì)其他位移傳感器較為昂貴。激光干預(yù)測(cè)量。.,激光是一種新興的光源,它有高度的相干性;波長(zhǎng)頻率寬度窄,是一種單色光,光度極高;光束的發(fā)散角小于.以下,有很好的方向性。由于激光有這些特性,因而廣泛用于長(zhǎng)距離、高精度的位置檢測(cè),測(cè)量中通常都是采用氦氖激光,其頻譜寬度為.,波長(zhǎng)名為.。激光測(cè)距利用光的干預(yù)原理,使兩束

14、激光產(chǎn)生明暗相間的干預(yù)條紋,由光電元件接受并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)處理后由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的測(cè)量,由于激光的波長(zhǎng)短,單色性好,波長(zhǎng)穩(wěn)定準(zhǔn)確,測(cè)量的分辨率至少可,達(dá)州,如果利用倍頻等電子技術(shù)還能獲得更高的分辨率。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研制的縱向塞曼激光干預(yù)儀,其穩(wěn)頻點(diǎn)選在兩條激光增益曲線之間,產(chǎn)生一對(duì)頻差 的左、右旋偏振光這兩個(gè)偏振光不在同一增益曲線上,合成波長(zhǎng)為。利用光柵測(cè)量干預(yù)的剩余相位。系統(tǒng)測(cè)量長(zhǎng)度可達(dá),測(cè)量精度為.×一。中國(guó)清華大學(xué)梁晉文教授及博士生朱勤等人進(jìn)行:激光器絕對(duì)距離測(cè)量研究。采用反射光柵構(gòu)成色散腔進(jìn)行線序選擇,用等光強(qiáng)方法進(jìn)行頻率穩(wěn)定。用雙波長(zhǎng)混合探測(cè)得到合成拍波信

15、號(hào),通過(guò)諧波對(duì)準(zhǔn)法進(jìn)行小數(shù)級(jí)次的測(cè)量,得到× 的測(cè)量精度。激光干預(yù)儀的計(jì)量精度和分辨率都很高,但是它對(duì)使用環(huán)境的要求高,測(cè)量使用以及調(diào)試比較繁瑣,而且價(jià)格也比較貴。超聲波測(cè)量超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩,有兩種形式:橫向振蕩橫廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文涉及縱向振蕩縱波。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播,其傳播速度不同。另外,它也有折射和反射現(xiàn)象,并且在傳播過(guò)程中有衰減。在空氣中傳播超聲波,其頻率較低,一般為幾十,而在固體、液體中那么頻率可用得較高。在空氣中衰減較快,而在液體及固體中傳播,衰減較小,傳播較遠(yuǎn)。利用超聲波的特性,可做成各種超聲傳感器,配

16、上不同的電路,制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置。超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波,根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量,雖然目前測(cè)距量程上能到達(dá)百米,但測(cè)量的精度較低。.數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)自從非接觸測(cè)量受關(guān)注以來(lái),基于激光¨?和超聲波“的測(cè)量技術(shù)是最常用的方法。但是基于激光和超聲波的測(cè)量方法的測(cè)量精度在很大程度上依賴于被測(cè)物外表的反射能力,如果測(cè)量外表不理想,那么測(cè)量系統(tǒng)通常會(huì)表現(xiàn)很差,由于測(cè)量系統(tǒng)存在這些問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生測(cè)量精度喪失,因此采用基于激光的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行標(biāo)定就會(huì)有一定的影響,而且這些測(cè)量方法在進(jìn)行測(cè)量時(shí)對(duì)目標(biāo)圖像的記錄存在一

17、定的難度。于是基于圖像測(cè)量技術(shù)?,的位移、距離以及從攝影圖像中獲取目標(biāo)幾何特征的圖像測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。圖像測(cè)量技術(shù)是近些來(lái)在測(cè)量領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種比較新型的高性能測(cè)量技術(shù)。它以光學(xué)成像技術(shù)為根底,將激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)、數(shù)字圖像處理技術(shù)等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)融為一體,構(gòu)成光、機(jī)、電綜合的測(cè)量系統(tǒng)。所謂圖像測(cè)量技術(shù),就是把測(cè)量的對(duì)象圖像當(dāng)作檢測(cè)和傳遞信息的手段或載體加以利用的精確測(cè)量技術(shù)。其目的是從圖像中提取有用的信號(hào)。它通過(guò)對(duì)所獲得的二維或三維圖像進(jìn)行處理和分析,最終實(shí)現(xiàn)測(cè)量的目的。光電攝像器件的產(chǎn)生和普及是圖像測(cè)量技術(shù)成為可能,特別是電荷耦合器件技術(shù)的開展,機(jī)一部促進(jìn)了圖像測(cè)量技術(shù)的形成和

18、開展。是一種集成電路,電荷耦合元件¨,.上有許多排列整齊的電容,能感應(yīng)光線,并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。經(jīng)由第一章緒論外部電路的控制,每個(gè)小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。四十年來(lái),器件及其應(yīng)用技術(shù)的研究取得了驚人的進(jìn)展,特別是在圖像傳感和非接觸測(cè)量領(lǐng)域的開展更為迅速。隨著技術(shù)和理論的不斷開展,技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度必將越來(lái)越大。圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖像采集、掃描儀以及工業(yè)測(cè)量等領(lǐng)域。作為攝像器件,與攝像管相比,圖像傳感器有體積小、重量輕、分辨率高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、光敏元件的幾何精度高、光譜響應(yīng)范圍寬、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、抗震性和抗沖擊

19、性好、不受電磁場(chǎng)干擾和可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。圖像測(cè)量技術(shù)受到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用是因?yàn)槠渚邆湟韵绿攸c(diǎn).非接觸的測(cè)量方式:對(duì)被測(cè)量目標(biāo)和測(cè)量者都不會(huì)產(chǎn)生任何損傷,具備其他測(cè)量方式無(wú)法比較的平安性能。.提高測(cè)量的精度:利用不同圖像被測(cè)目標(biāo)模式定位方法,尤其是亞像素定位技術(shù),可以十分顯著地提高被測(cè)目標(biāo)的定位精度。.能測(cè)量傳統(tǒng)測(cè)量方法不易于測(cè)量的物理量:許多肉眼無(wú)法分別的物理量。例如與被測(cè)相位有關(guān)的干預(yù)條紋的亮度變化量,不規(guī)那么區(qū)域的面積,連續(xù)變化的亮度、色彩場(chǎng)、條紋方位場(chǎng)、等都可以利用采用圖像測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn);還有人無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間或者在惡劣環(huán)境下測(cè)量的目標(biāo),也可以通過(guò)圖像測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究。.對(duì)成像系統(tǒng)的高精度

20、標(biāo)定和修正:成像標(biāo)定和誤差修正是精密測(cè)量的重要環(huán)節(jié)之一。用數(shù)字圖像處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝系統(tǒng)高精度的標(biāo)定和誤差修正,為高精度圖像測(cè)量提供堅(jiān)實(shí)的根底。.自動(dòng)化程度高:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷開展,各類圖像采集、處理新硬件的出現(xiàn)為圖像測(cè)量技術(shù)提供的新的方法和手段,再加上處理算法和自動(dòng)化程度效率的提高,使得圖像測(cè)量技術(shù)的處理分析的自動(dòng)化程度有了很大的提高,這樣極大地減少了計(jì)算處理的工作量和時(shí)間,為在線測(cè)量贏得了時(shí)間。圖像測(cè)量技術(shù)在國(guó)內(nèi)外開展很快,由于能夠提供豐富的測(cè)量環(huán)境信息資源,圖像測(cè)量方法獲得了廣泛的應(yīng)用,例如,機(jī)器人的定位控制?,、交通事故調(diào)查、法醫(yī)工程中的病癥外表三維分析?,等。相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的不

21、斷開展促使圖像測(cè)量技術(shù)突飛猛進(jìn),數(shù)字圖像技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開展使得圖像測(cè)量技術(shù)的日益完善。廉價(jià)的微處理器支持的并行處理技術(shù),用廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文于圖像數(shù)字化的低本錢的圖像卡,用于大容量、低本錢存儲(chǔ)陣列的新存儲(chǔ)技術(shù),以及低本錢、高分辨率的彩色顯示系統(tǒng)等更進(jìn)一步刺激著這一技術(shù)領(lǐng)域的迅速成長(zhǎng)。在科技高速開展的今天它將起著越來(lái)越重要的作用。上海交通大學(xué)的劉偉文,趙輝¨等人為提高在剛度測(cè)量中位移測(cè)量的精度,提出一種基于圖形技術(shù)的微位移測(cè)量方法。該方法采用邊界擬合和“路徑匹配技術(shù),通過(guò)該方法位移測(cè)量精度到達(dá)了亞微米級(jí)。該位移測(cè)量方法已用于彈性元件剛度測(cè)量?jī)x中,并采用激光干預(yù)儀進(jìn)行測(cè)量結(jié)

22、果的標(biāo)定。結(jié)果說(shuō)明,該位移測(cè)量方法穩(wěn)定性好,速度快且測(cè)量精度能到達(dá).。天津大學(xué)的孫學(xué)珠、付維喬¨¨等人開發(fā)的高精度光電測(cè)徑系統(tǒng),可以直接顯示測(cè)量的結(jié)果,并且能夠?qū)Υ纹愤M(jìn)行自動(dòng)篩選,對(duì)于直徑處于.之間的物體,測(cè)量時(shí)間不超過(guò)秒,測(cè)量精度可以到達(dá).。中科院上海技術(shù)研究所的錢思明桂林電子工業(yè)學(xué)院的陳躍林等人也做出了類似的應(yīng)用系統(tǒng)。日本立教大學(xué)的.,提出了一種新的數(shù)字圖像分析與統(tǒng)計(jì)誤差分析的方法來(lái)進(jìn)行精確位置監(jiān)控方法。通過(guò)采用這種新的方法,位置確定分辨率能從微米提高到納米。這種分析方法適用于為了專業(yè)目的的新的位移傳感器。新建好的初始設(shè)備表現(xiàn)出了 左右的極高分辨率。?等人基于日本光電實(shí)

23、驗(yàn)室的 、開發(fā)了一種在水中光學(xué)被捕金屬粒子的位移測(cè)量方法,該方法能到達(dá)納米聚焦激光束使得金屬粒子在二維空間被捕獲?；谂R界角的方法,利用從粒子反射回來(lái)的光來(lái)測(cè)量被捕金屬粒子的位移。根據(jù)均分定理估算側(cè)向彈簧系數(shù)到達(dá)/,并且隨著入射激光功率的增大該系數(shù)也隨之增大,于是通過(guò)被捕金屬粒子來(lái)測(cè)量微力。近年,一些涉及立體視覺,的尖端技術(shù)在目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)的測(cè)量中運(yùn)用的越來(lái)越多,然而傳統(tǒng)基于立體視覺的系統(tǒng)通常要求兩臺(tái)相機(jī)置于同一水平不同位移來(lái)獲取兩張不同的圖像作進(jìn)一步的分析。采用圖像方法測(cè)量時(shí)需要模式識(shí)別和圖像分析來(lái)對(duì)圖像中的特征進(jìn)行提取和匹配,因此該測(cè)量系統(tǒng)也就需要大容量和高速度的數(shù)字信號(hào)處理器,這也不可防

24、止的導(dǎo)第一辛緒論致該測(cè)量系統(tǒng)在系統(tǒng)的復(fù)雜性、處理的速度以及本錢方面的缺乏。由于處理速度受到限制,采用模式識(shí)別¨¨糾和圖片分析¨?方法的實(shí)時(shí)測(cè)量的表現(xiàn)一般令人不滿意,尤其是在嵌入式應(yīng)用方面。近年,如光子混頻器系統(tǒng)?在相機(jī)技術(shù)中的開展為二維實(shí)時(shí)測(cè)量提供了可能,但是光子混頻器最大的缺點(diǎn)是相對(duì)低的分辨率或者說(shuō)是相應(yīng)視野的限制.。為了嘗試解決這些問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了數(shù)字圖像技術(shù)的位移、距離測(cè)量平臺(tái)。.主要研究?jī)?nèi)容本文主要研究能容如下:.提出了以像素?cái)?shù)來(lái)計(jì)算位移、距離的測(cè)量方法?；诒粶y(cè)目標(biāo)平移,像素?cái)?shù)不變的原理,在被測(cè)目標(biāo)上進(jìn)行參考點(diǎn)距離標(biāo)定,通過(guò)被測(cè)目標(biāo)位移與參考點(diǎn)之間的像素

25、數(shù)比例關(guān)系來(lái)計(jì)算被測(cè)目標(biāo)的位移。通過(guò)沿拍攝方向前后平移相機(jī),來(lái)獲得兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)差,從而推導(dǎo)出距離測(cè)量的計(jì)算方法。.設(shè)計(jì)并制作了基于單片機(jī)的圖像數(shù)據(jù)讀取、傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)。它采用作為控制系統(tǒng)的微處理器控制芯片,使得整個(gè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,高效。考慮到不能直接讀取相機(jī)中的圖片數(shù)據(jù),本文選擇芯片作為數(shù)據(jù)通信的橋接芯片。針對(duì)所采集的圖像數(shù)據(jù)量大,不利于讀取和傳輸?shù)膯?wèn)題,本文采用了函數(shù)重定向的方法,將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的圖片直接發(fā)送到圖像處理局部。.實(shí)驗(yàn)分析了測(cè)量距離對(duì)位移和距離測(cè)量精度的影響;并考察了光軸偏角對(duì)位移測(cè)量精度的影響;通過(guò)對(duì)沿拍攝方向距離差研究分析,得到了該距離差與距離測(cè)量精度之間的關(guān)系:分

26、別考察了參考點(diǎn)間距對(duì)位移和距離測(cè)量的影響。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章測(cè)量平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)及組成.測(cè)量平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)像素是用來(lái)計(jì)算數(shù)碼圖片的一種單位,數(shù)碼圖片具有連續(xù)性的濃淡階調(diào),我們假設(shè)把圖片放大數(shù)倍,會(huì)發(fā)現(xiàn)這些連續(xù)色調(diào)其實(shí)是由許多色彩相近的小方點(diǎn)所組成,這些小方點(diǎn)就是構(gòu)成數(shù)碼圖片的最小單位“像素。根據(jù)圖片中被測(cè)目標(biāo)平面兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)與位移的關(guān)系,推導(dǎo)出位移的測(cè)量方法;同樣利用相機(jī)沿著拍攝方向前后移動(dòng)的距離差與被測(cè)目標(biāo)平面兩參考點(diǎn)之間像素?cái)?shù)的關(guān)系,根據(jù)三角形相似原理可以得到出距離測(cè)量的計(jì)算公式。根據(jù)以上測(cè)量方法,設(shè)計(jì)了中遠(yuǎn)距離的位移、距離測(cè)量平臺(tái)。測(cè)量平臺(tái)主要由圖像采集局部、控制系統(tǒng)以

27、及圖像處理三局部組成。其工作原理如下:圖像采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)的采集工作,控制系統(tǒng)在圖像采集完成之后控制讀取圖像數(shù)據(jù)并將圖像發(fā)送到圖像處理局部,圖像處理局部對(duì)圖像進(jìn)行計(jì)算處理,最后得到測(cè)量的距離和位移大小。圖.測(cè)量平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成示意圖. 第二幸測(cè)量平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)及組成.位移測(cè)量平臺(tái)的組成及功能.圖像采集局部圖像采集局部主要由數(shù)碼相機(jī)組成,數(shù)碼相機(jī)對(duì)被測(cè)物進(jìn)行拍照進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集。由于在進(jìn)行距離測(cè)量時(shí),數(shù)碼相機(jī)需要沿著拍攝方向前后移動(dòng),為了不改變數(shù)碼相機(jī)移動(dòng)前后拍攝的角度與水平高度,我們將數(shù)碼相機(jī)固定在可以移動(dòng)的三腳架上,并且每次移動(dòng)后將三腳架的腳置于標(biāo)記線上,盡量減少拍攝角度和水平位置帶來(lái)

28、的誤差,并根據(jù)測(cè)量的需要對(duì)數(shù)碼相機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量的最正確效果。.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集圖片的讀取與傳輸,要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,就必須選擇對(duì)控制芯片進(jìn)行選擇。由于數(shù)碼相機(jī)通過(guò)接口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,而單片機(jī)不能直接通過(guò)接口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信與控制,因此需要添加一個(gè)數(shù)據(jù)通信橋接模塊,通過(guò)該模塊單片機(jī)就讀取圖數(shù)碼相機(jī)中的數(shù)據(jù)了?？刂葡到y(tǒng)在讀取完圖像數(shù)據(jù)后,還需要將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像處理局部。數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖片一般都比較大,單片機(jī)不易于對(duì)大數(shù)據(jù)圖片的傳輸,為此設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)的重定向功能,提高圖片的讀取和傳輸速度。.圖像處理局部圖像處理局部主要由計(jì)算機(jī)組成,計(jì)算機(jī)將接收到的圖像數(shù)據(jù)在

29、軟件中進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的計(jì)算處理。為了得到測(cè)量的距離和位移,根據(jù)推導(dǎo)出的測(cè)量公式,就必須得到兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù),我們只需知道兩參考點(diǎn)的像素坐標(biāo)就可以計(jì)算出兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù),我們利用軟件對(duì)采集的圖片進(jìn)行特征區(qū)域的提取,根據(jù)灰度直方圖提取參考點(diǎn)的輪廓,然后計(jì)算得到參考點(diǎn)的形心坐標(biāo)。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.小結(jié)本章主要介紹了利用像素?cái)?shù)與測(cè)量位移及距離的關(guān)系得出測(cè)量原理。并利用該原理設(shè)計(jì)了測(cè)量平臺(tái)。測(cè)量平臺(tái)主要有三個(gè)局部組成:圖像采集局部、控制系統(tǒng)以及圖像處理局部,并介紹了各個(gè)局部的結(jié)構(gòu)組成及其功能。第三章測(cè)量原理與方法第三章測(cè)量原理與方法.測(cè)量原理.平移不變?cè)硪獪y(cè)量物體平移后的位移大小,首先必

30、須要保證平移前后物體在圖像中水平方向的長(zhǎng)度不發(fā)生改變,下面我們來(lái)進(jìn)行證明。,.上圖為光學(xué)成像示意圖,、為被測(cè)目標(biāo)平面上兩參考點(diǎn)。表示、兩參點(diǎn)實(shí)際的長(zhǎng)度,表示、兩參考點(diǎn)在圖片中的長(zhǎng)度。現(xiàn)將被測(cè)目標(biāo)平面平行移動(dòng),兩參考點(diǎn)、分別相應(yīng)移動(dòng)到到、點(diǎn),。兩表示、兩參考點(diǎn)在圖片中的長(zhǎng)度。由三角形相似關(guān)系可以得到:. 。:坐一?一曰。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.曰一 一,阢一島過(guò) ,衛(wèi)通 和 可以 絲此到得一盤叩 ,軌一又被測(cè) 目標(biāo)僅平行移動(dòng) 那么.結(jié)合.和.得到:, , .又, ,.得到:, , , , .即, ,.由.得知,被測(cè)目標(biāo)在平行移動(dòng)前后,圖片中被測(cè)目標(biāo)平面中兩點(diǎn)參考點(diǎn)之間長(zhǎng)度并未改變。由此我們知道

31、,在拍攝條件不變的情況下,僅平行移動(dòng)被測(cè)目標(biāo),并不會(huì)改變?cè)摫粶y(cè)目標(biāo)在圖片中的大小,基于該原理,我們確定以下測(cè)量方法。.位移測(cè)量方法假設(shè)被測(cè)目標(biāo)平面垂直于數(shù)碼相機(jī)光軸,且被測(cè)目標(biāo)位于數(shù)碼相機(jī)光軸附近,那么就能進(jìn)行位移測(cè)量。如圖.所示,測(cè)量目標(biāo)外表同一水平直線上有兩參考點(diǎn)、,、兩點(diǎn)之間的實(shí)際距離為厶。平行移動(dòng)測(cè)量目標(biāo)距離,、兩點(diǎn)分別移動(dòng)到、點(diǎn),移動(dòng)距離分別為工。、厶,那么。厶,心、口。分別測(cè)量目標(biāo)移動(dòng)前后、兩點(diǎn)之間距離在圖像中的像素?cái)?shù),“、分別為測(cè)量目標(biāo)移動(dòng)前后、點(diǎn)的像素?cái)?shù)差,一是該拍攝條件下數(shù)碼相機(jī)水平方向的最大像素?cái)?shù)。如果測(cè)量目標(biāo)移動(dòng)前后,拍攝條件沒(méi)有改變,那么我么可以得到以下關(guān)系式:第三章測(cè)

32、量原理與方法?詈皇鼉?鼉皇墨置置?詈置魯皇皇置皇皇盲皇昌詈昌昌?置?暑?量量皇暑鼉暑篁昌?暑皇皇皇暑墨?鼉皇皇皇昌皇皇詈.一:生:生:生.曲義。心虬.眺.?？梢缘玫綔y(cè)量目標(biāo)移動(dòng)的距離:結(jié)合公式. . .。.惹我們測(cè)量出、兩點(diǎn)之間的實(shí)際距離并得到、兩點(diǎn)之間的像素?cái)?shù),就可以計(jì)算出測(cè)量目標(biāo)的實(shí)際移動(dòng)距離工。耋圖測(cè)量目標(biāo)移動(dòng)前后示意圖.? .距離測(cè)量方法假設(shè)測(cè)量目標(biāo)平面和數(shù)碼相機(jī)光軸垂直,測(cè)量距離和像素?cái)?shù)之間那么存在如圖.中的關(guān)系。圖.是數(shù)碼相機(jī)分別在不同拍攝距離和丙:時(shí)拍攝廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文的示意圖,圖中,表示透鏡光心到鏡頭前端的距離,和:分別表示在、,的拍攝距離下,數(shù)碼相機(jī)能拍攝的水平寬度最

33、大值,表示兩參考點(diǎn)只、只之間的實(shí)際距離,啊和:分別表示在拍攝距離為啊和:時(shí)工表示的像素?cái)?shù),。表示數(shù)碼相機(jī)的水平像素?cái)?shù)的最大值,由前面可以知道這是一個(gè)固定值。假設(shè)兩參考點(diǎn)只、忍之間的實(shí)際距離三不變,我們可以得到下像素?cái)?shù)和測(cè)量距離存在如下關(guān)系:. 、熹:掣一一 一二:?.:。通過(guò). 和. 我們可以得到?二?.由于位移。一:是由數(shù)碼相機(jī)在拍攝時(shí)的前后移動(dòng)得到的,于是根據(jù)圖. 以如下表示:和:之間的關(guān)系通過(guò)三角形相叢盟:坐盟:世.,?二?一:一義. 幽如果數(shù)碼相機(jī)沿著拍攝方向向前移動(dòng),將. 帶入. ,就可以得到拍攝距離:.。,五:裁×五一,如果數(shù)碼相機(jī)沿著拍攝方向向后移動(dòng),將內(nèi):一就可以得到

34、:.?啊而麗×一, 啊而廁×幽一,式 和. 中的表示的是數(shù)碼相機(jī)沿著拍攝方向的位移,這是一個(gè)固定值。例如我們可以通過(guò)激光干預(yù)儀提前測(cè)量得到數(shù)碼相機(jī)的前后移動(dòng)位移大小. 計(jì)算出拍攝距。圖.距離測(cè)量原理示意圖 .透鏡光心到鏡頭前端距離,的計(jì)算由于透鏡光心是相機(jī)內(nèi)部的一個(gè)物理量,我在對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行標(biāo)足時(shí)無(wú)法標(biāo)定透鏡光心到被測(cè)目標(biāo)平面的距離,因此我們?yōu)榱朔奖銟?biāo)定對(duì)透鏡前端到被測(cè)目標(biāo)平面進(jìn)行距離的標(biāo)定,要得到測(cè)量距離,就必須計(jì)算出透,圖中,。、。:、唧、%都是值,由三角形關(guān)系有:.他礬:?？?辦,.。通過(guò)式.和.可以得到:.五。一丙朋:鞏。一?？趶V東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文即咖:坐竺二型

35、.。一,:又?:?: . 、 塵墮;冬,朋.端的距離:.驢晉數(shù)碼相機(jī)?一徐 孑一.,廣。 標(biāo)尺/ 寺 / ,/一碰標(biāo)尺/肜 一一 、 一圖相機(jī),計(jì)算示意圖 .參考點(diǎn)之間像素?cái)?shù)的計(jì)算要計(jì)算上一節(jié)圖片中兩參考點(diǎn)之間像素?cái)?shù),由于像素是數(shù)碼圖片的最小單位,我們只需知道參考點(diǎn)在圖像中的像素坐標(biāo)從而就能計(jì)算出兩點(diǎn)的之間的像素?cái)?shù)。如果通過(guò)手工方式來(lái)選取兩參考點(diǎn)的坐標(biāo),并以此進(jìn)行計(jì)章測(cè)量原理與方法算和分析,不僅工作量大而且參考點(diǎn)坐標(biāo)值的選擇的判斷會(huì)因人而異,給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。因而選擇一種數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度快捷且具有一定可編程能力的軟件平臺(tái)在數(shù)字圖像處理中就顯得尤為重要了。在這里我們選擇常用的數(shù)

36、字圖像處理軟件,在數(shù)字圖像處理方面有著明顯的優(yōu)勢(shì):具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算功能,在進(jìn)行圖像處理時(shí)可以防止許多反鎖的運(yùn)算;圖形顯示方便,可以在調(diào)試過(guò)程中隨時(shí)觀察圖形的變化;帶有豐富的圖像處理函數(shù)庫(kù),其圖像處理工具箱子、幾乎涵蓋了所有常用的圖像處理函數(shù),利用這些圖像處理工具箱,并結(jié)合其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,可以不必關(guān)系圖像文件的格式、讀寫、顯示等細(xì)節(jié),而把精力集中在算法研究上,大大提高了工作效率。而且,在測(cè)試這些算法時(shí)可以方便地得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),同時(shí)又可得到直觀圖示。.兩參考點(diǎn)特征區(qū)域的提取圖.計(jì)算兩參考點(diǎn)坐標(biāo)原始圖 .? 為了得到兩參考點(diǎn)的坐標(biāo)值,等價(jià)于計(jì)算圖.中兩黑點(diǎn)的形心坐標(biāo)。為此我們需要對(duì)圖像進(jìn)行處理

37、,由于圖像中存在其他區(qū)域與參考點(diǎn)的灰度值相近,因此不能直接提取兩點(diǎn)的灰度閾值范圍,通過(guò)觀察我們發(fā)現(xiàn)參考點(diǎn)附近區(qū)域的灰度比照比較明顯,故提取包含兩點(diǎn)的矩形區(qū)域?yàn)樘卣鲄^(qū)域,圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖,并將特征區(qū)域之外灰度值取,于是我們得到了圖.。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文目目自目目目目目目自目 目圖特征區(qū)域灰度處理后圖像.?.兩參考點(diǎn)輪廓的邊界提取通過(guò)中的函數(shù)我們可以得到特征區(qū)域的灰度直方圖,如圖.所示。.從灰度直方圖我們發(fā)現(xiàn)特征區(qū)域灰度值主要分布在到這個(gè)區(qū)間,而特征區(qū)域外的灰度值為,因此我們可以利用函數(shù)選擇圖中第三章測(cè)量原理與方法灰度值為到的區(qū)域,于是我們可以得到兩參考的點(diǎn)的輪廓,如圖.所示。圖?參考點(diǎn)輪廓

38、圖.? .兩參考點(diǎn)形心坐標(biāo)的計(jì)算得到兩參考點(diǎn)的輪廓邊界后,再利用函數(shù)中的區(qū)域特征屬性就可以得到參考點(diǎn)的重心坐標(biāo),又因?yàn)椴恍枰紤]密度,所以參考點(diǎn)的重心就是其形心。于是得到了兩參考點(diǎn)的形心坐標(biāo),由于被測(cè)目標(biāo)是水平方向平行移動(dòng),因此我們只需要考慮兩參考點(diǎn)方向的坐標(biāo)值,通過(guò)計(jì)算可以得到兩參考點(diǎn)方向的坐標(biāo)差,這個(gè)坐標(biāo)差也就是我們所需要的兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖參考點(diǎn)形心坐標(biāo)的計(jì)算.?由于圖像處理對(duì)物體的邊緣輪廓要求比較高,為了減少邊緣毛刺帶來(lái)影響,實(shí)驗(yàn)中選取兩塊由加工中心切割的 的金屬薄板置于同一水平線作為被測(cè)目標(biāo),實(shí)驗(yàn)中通過(guò)計(jì)算兩金屬板的形心坐標(biāo)來(lái)得到兩場(chǎng)考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)。.

39、參考點(diǎn)形心坐標(biāo)計(jì)算流程圖通過(guò)前面提出得形心坐標(biāo)計(jì)算方法,我們計(jì)算出了兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù),其程序流程圖如圖 所示第三章測(cè)量原理與方法圖?形心坐標(biāo)計(jì)算流程圖.?.小結(jié)本章首先證明了物體外表垂直于數(shù)碼相機(jī)光軸時(shí),平行運(yùn)動(dòng)時(shí)并不改變物體成像大小,并提出了利用像素?cái)?shù)來(lái)計(jì)算物體位移的方法;根據(jù)光學(xué)成像原理推導(dǎo)出了位移計(jì)算公式;利用數(shù)碼相機(jī)前后移動(dòng)的位移差,提出了距離測(cè)量方法,并再測(cè)量環(huán)境中計(jì)算出透鏡光心到鏡頭前端距離。這一關(guān)鍵參數(shù);最后利用軟件編寫程序計(jì)算出物體外表參考點(diǎn)的形心坐標(biāo),從而計(jì)算出兩參考點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章測(cè)量平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).處理器芯片選擇.微處理器芯片選擇微處

40、理器芯片的選擇是自動(dòng)化控制裝置的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它直接影響到位移測(cè)量裝置的系統(tǒng)性能、本錢及開發(fā)難度。目前能夠滿足本測(cè)量系統(tǒng)使用要求且應(yīng)用廣泛的處理器芯片主要有下面幾種:單片機(jī):單片機(jī)是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型微處理器相比,它更強(qiáng)調(diào)自供給不用外接硬件和節(jié)約本錢。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小,可放在儀表內(nèi)部,但存儲(chǔ)量小,輸入輸出接口簡(jiǎn)單,功能較低。單片機(jī)的工作相對(duì)獨(dú)立,一個(gè)典型的微控制器只需要一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器和很少的和或者,就可以在軟件和晶振下工作了。同時(shí),微控制器具有豐富的輸入輸出設(shè)備,例如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器,

41、串口,以及其他串行通訊接口,比方,串行周邊接口,控制器局域網(wǎng)等。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型標(biāo)準(zhǔn),容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)字信號(hào)處理器:是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào),轉(zhuǎn)換為或的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性,而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器,是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。其主要特點(diǎn)有:分開的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器哈佛結(jié)構(gòu);用于單指令流多數(shù)據(jù)流作業(yè)的特殊指令集;可進(jìn)行并行處理,但不支援多任務(wù);用于宿主

42、環(huán)境時(shí)可作為直接內(nèi)存存取設(shè)備運(yùn)作從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲得數(shù)據(jù),最終輸出的是由數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)。雖然在第四章測(cè)量平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖像處理上有一定的優(yōu)勢(shì),但在本錢上,價(jià)格比單片機(jī)要高出十倍或數(shù)十倍以上。微處理器:,是一個(gè)位精簡(jiǎn)指令集處理器,其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于節(jié)能的特點(diǎn),處理器非常適用于行動(dòng)通訊領(lǐng)域,符合其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)為低本錢、高效能、低耗電的特性。對(duì)尋址確實(shí)在上為 個(gè)暫存器的其中一個(gè)以及前遞加或后遞加的尋址模式。與單片機(jī)相比較,設(shè)計(jì)復(fù)雜且價(jià)格昂貴不適合作為控制系統(tǒng)的核心。通過(guò)以上比較和分析,由于我們?cè)趯?duì)圖像進(jìn)行計(jì)算處理是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,并且考慮到位移測(cè)量裝置

43、的實(shí)際情況,選擇功能豐富、價(jià)格低廉、用范圍廣泛的單片機(jī)作為位移測(cè)量控制系統(tǒng)的核心芯片。.單片機(jī)芯片的選擇單片機(jī)作為技術(shù)飛速開展的一個(gè)重要產(chǎn)品,應(yīng)該采用一個(gè)較為科學(xué)的分類方法。根據(jù)當(dāng)前開展情況來(lái)看,從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型?？偟膩?lái)說(shuō),單片機(jī)芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際的測(cè)量控制系統(tǒng)需要而確定。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和應(yīng)用目的的不同,對(duì)單片機(jī)芯片的選擇也是不同的。下面分別對(duì) 系列,系列和系列單片機(jī)性能進(jìn)行比較。系列:作為一種位元的單芯片微控制器,屬于同步式的順序邏輯系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的工作完全是依賴系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)脈信號(hào),用以來(lái)產(chǎn)生各種動(dòng)作周期及同步信號(hào)。 單片機(jī)中已內(nèi)建時(shí)鐘產(chǎn)生器,在使用時(shí)只需接上石英晶體諧振器或其它振蕩子及電容,就可以讓系統(tǒng)產(chǎn)生正確的時(shí)鐘信號(hào)。具備以下特點(diǎn):可以仿真程序空間,接近的 位地址空間;可以仿真空間.全部的位地址空間;可以真實(shí)仿真全部條腳;完全兼容 調(diào)試環(huán)境,可以通過(guò)環(huán)境進(jìn)行單步,斷點(diǎn),全速等