面向大空间高精度测量相机的光学校准方法研究

摘要

近些年来,航空航天工业保持着很高的发展速度。体积庞大的相关设备的制造,给大空间高精度测量带来了广阔的前景。大空间高精度测量与常规的视觉测量有很大的区别,就是测量空间大(视场大,景深大)、精度要求高。随着电子器件的快速发展,相机在硬件性能(如分辨率、时间响应、光谱响应、数据传输等)上已经完全可以满足测量的要求,但相机参数的校准则成为了当前限制其应用的关键技术问题。本文采用纯光学方法精确模拟相机的成像过程,通过构造三维空间成像光束和图像点之间的关系,从而建立像面与空间角矢量的对应,真实地反映并重现相机成像的逆过程,突破具体空间的约束,从原理上实现大空间、高精度测量相机的精确校准。并针对校准控制点的图像结果进行处理。
　　 论文的主要研究内容如下:
　　 1.研究了相机校准方法,分析原有相机校准方法,并指出它的不足。提出一种新型的面向大空间高精度测量的相机光学较准方法,分析了它的校准原理和具体实施方案,介绍了研究环境,并构建了校准平台。
　　 2.实现大空间、高精度测量相机的精确校准,校准平台的构建至关重要,尤其是各个环节、组成部件的位姿调整。因此对六维转台进行了选择,并分别对扩束准直激光器、校正相机、激光器光源进行调整。
　　 3.对校正控制点的选取进行了深入研究。分析了红外LED光源的性能,针对本系统的情况采取红外LED光源作为校正控制点。并分别设计实验,实验基于数据,对光斑图像尺寸、距离和视场角以及光斑中心亮度等因素对于光斑中心提取精度的影响进行了分析。
　　 4.对校正控制点的中心提取方法进行了研究。对几种常用的中心提取算法的性能进行了比较和分析,并用实验数据对物距、噪声以及图像光斑总能量对校正控制点的中心提取精度的影响进行了分析,得到各中心提取方法的适用条件和如何提高各算法精度的结论。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外发展状况

1.3 本论文的意义

1.4 主要研究内容

第二章 高精度测量相机的光学校准方法

2.1 原有相机校准方法

2.2 相机光学校准方法

2.2.1 原理

2.2.2 具体实施方法

2.3 系统的组成

2.4 本章小结

第三章 系统的调整

3.1 六维转台的选择

3.2 扩束准直激光器的调整

3.3 校正相机的调整

3.4 激光器光源的调整

3.5 本章小结

第四章 校准控制点的选取

4.1 红外LED光源简介

4.2 影响红外LED光源稳定性的因素

4.3 本章小结

第五章 校准控制点的中心提取

5.1 常用质心提取算法简介

5.2 物距对中心提取精度的影响

5.2.1 理论分析

5.2.2 仿真实验

5.3 噪声对中心提取精度的影响

5.3.3 CCD传感器的噪声

5.3.4 固定噪声对提取精度的影响

5.3.5 随机噪声的影响

5.4 光斑总能量对中心提取精度的影响

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢