基于线阵CCD的激光三角测距传感器数据处理算法的研究

摘要

基于三角测量法的激光位移传感器作为一种新型的非接触式测距传感器，具有结构简单、测量速度快、精度高、测量光点小、抗干扰能力强、非接触式测量等特点，因此在机器视觉、自动加工、在线检测、实物仿形等工业生产领域得到了广泛的应用。但是，目前国内还没有比较成熟的激光三角位移传感器产品面世，市场都被国外的产品占据，并且这些产品的价格非常昂贵，因此研制出高性能低成本的激光三角位移传感器是一项很有应用价值的工作。 本文以三角测量法为测量原理，采用半导体激光作为光源搭建测量系统，对测量系统中各个部件的选取做了详细分析，研究了在保证较大量程的前提下提高系统测量分辨率的方法，并从理论和实验上分析了引起系统测量误差的各种因素以及消除或者减弱这些影响因素的方法。本文的主要工作如下： 1. 分析了组成系统的各个部件的特性，找出他们对测量系统的影响，尤其是会对测量精度带来的影响。 2．对CCD采集到的原始图像，采用均值滤波和改进的中值滤波以得到较为稳定的图像信号。本文主要分析了通过对CCD表面所采集到的数据采用一定的算法来提高CCD的分辨率，从而提高测距传感器测量精度的各种算法。分析了概率法、解调法、灰度质心法、多项式插值法、多项式拟合法，这些经典的提高CCD分辨率的算法的优缺点，并在这些算法的基础上提出了改进的多项式插值算法，实验证明得到较好的结果。 3．分析被测物体表面特性对测距传感器的精度的影响。本测距传感器是通过收集激光光斑散射光场的能量来进行测量的，被测物体表面的粗糙度、颜色、材料等的不同，造成光斑散射光场的变化，从而对测量的精度产生影响。通过实验，来测量这些因素对测量的影响，并分析了这些误差产生的原因，然后说明了减小这些因素影响的办法。