十字线结构光视觉传感器的标定方法研究

基于结构光三维视觉测量原理，搭建了一套非接触式的十字线结构光视觉传感器。为获取投影光条上采样点的三维空间坐标，建立了该传感器的数学模型，研究了其结构参数的标定方法。应用张正友标定法和棋盘格标定板完成了传感器结构参数的标定，确立了被测点的图像坐标与其空间三维坐标之间的映射关系，并进行了试验验证。试验结果表明，标定结果可以使传感器实现预定的三维测量功能，对飞机蒙皮钻孔点位法矢的重复性检测精度可以满足使用要求。     

线结构光传感器的数学模型及其测试方法

研究了线结构光传感器的数学模型，并给出了齐次坐标系下的表达形式。根据线结构光传感器的特点，提出了一种用简单的齿形靶及一个一维工作台实现求光平面在摄像机坐标系的位置参数的高准确度的测试方法，解决了对抽象光平面的瞄准问题。通过实验验证，证实了这种测试方法的可行性。     

机载SAR运动补偿传感器研究

提出一种不依赖于机载主惯导的运动传感器方案——基于GNSS／SINS的组合运动信息系统。即在SAR成像期间输出以纯惯性为主的信息以保证较高的相对定位精度，供SAR成像补偿；同时，GNSS／SINS的组合保证了长时间的绝对定位精度。介绍了这种运动传感器的原理、数学模型、工作流程控制。实验结果表明，基于GNSS／SINS的运动传感器具有很高的精度，完全满足了SAR成像的精度要求，特别适合于没有机载主惯导或主惯导精度较低的情况。     

厘米级高精度GPS—SINS组合系统研究

成像传感器和定位子系统是先进机载成像系统的两个重要组成部分。以东、北、天坐标系为导航基准坐标系，建立了GPS－SINS组合系统状态的数学模型，详细推导了利用GPS双差相位及双差相位率的组合系统观测方程。仿真结果表明，该组合系统能达到厘米级定位精度，姿态精度为10″左右，可满足先进机载成像系统的要求。     

飞行时间成像系统的数字仿真技术

飞行时间传感器的仿真主要用于评估基于光相位信息的深度数据的处理算法，现有的方法包括基于对场景三维模型生成的特定噪声模式的仿真模型和基于光信号传播的物理过程仿真模型两大类，为飞行时间成像系统建立了特定的仿真平台.但现有的工作并未考虑环境光干扰对测量数据间的非线性耦合关系，而这种关系是附着/着陆敏感器的重要设计要素之一.本文针对小行星附着任务的需求，研究并建立了包含环境光矢量的飞行时间成像仿真环境，验证了包括环境光模型的飞行时间成像仿真方法，对于飞行时间成像技术在光照条件下的成像性能的评估具有重要意义和应用前景.     

电磁层析成像中传感器阵列的优化设置

电磁层析成像（EMT）中传感器阵列的设置决定了获得的感应电压测量值的数量，对成像的效果有着重要的影响。为了探究传感器设置对成像质量的影响规律，通过改变传感器阵列中线圈的数量及相对位置对传感器阵列进行优化。在COMSOL Multi-physics中建立不同线圈数量的传感器阵列模型，采用不同的成像算法进行成像并比较成像效果，发现适当增加传感器的个数可以提高成像质量，但增加到一定数量则成像效果下降；同时在传感器阵列固定的情况下将传感器阵列按照一定规则进行旋转，发现旋转之后叠加的复合成像效果要优于未旋转的成像效果。该结果对下一步EMT系统设计中传感器阵列的设置具有一定的指导意义。      

一种光栅式双目立体视觉传感器光条匹配方法

光栅式双目立体视觉传感器的难点之一在于光条的准确匹配.基于编码方式的光条匹配方法往往需投射多幅图像,或限制最少可见光条数,更严重的是在被测对象深度变化较大时,常出现误匹配.为此,将光栅式双目立体视觉传感器看作两个已经过标定统一的光栅结构光视觉传感器,由这两个光栅结构光视觉传感器测得各光条中心点的三维坐标,并搜索光条中心点集之间距离最小且模型编号相同的光条即为匹配光条.实验表明该方法有效实现了光栅光条的准确匹配.     

彩色三维激光快速成型技术的研究

目前逆向工程采用线结构激光和一个彩色面阵CCD摄像机构成三维彩色扫描系统,彩色CCD摄像机分两次对被测物体成像,首先摄取物体的彩色图片,然后加用滤光片再摄取激光光平面上的三维信息.最后将两次获取的信息重叠,便可得到三维彩色信息.提出了激光光平面方程式三维测量方法,建立了相应的数学模型.研制成一套适用于彩色逆向工程流程,并进行了实验研究,给出了实验结果.     

结构光三维视觉技术的进展

综述了结构光三维视觉的方法和现状。提出具有较快测量速度的激光扫描空间编码原理的结构光三维视觉方法,介绍其原理并给出其数学模型。     

光栅式双目立体视觉传感器光条快速匹配算法

光栅式双目立体视觉传感器用于物体三维形貌测量,其难点之一是光栅光条的匹配与识别.利用可见光条数和光条序列组合间的关系,提出了一种基于空间三维搜索的快速光条匹配算法.将光栅式双目立体视觉传感器看作两个光栅结构光传感器,分别进行标定后,可计算各光条中心点的三维坐标.搜索不同光条中心点集之间的距离最小且模型编号相同的光条即为匹配光条.分析了可见光条数目和光条序列组合间的关系后,列出各种可能的组合情况,设计了搜索算法,排除了冗余计算,大大减少了计算量,实验证明了方法的有效性.     

基于结构光视觉的钢轨磨耗测量方法

分析了基于结构光视觉的钢轨磨耗测量原理,提出一种钢轨磨耗车载动态测量方法.结构光视觉传感器安装在列车底部,测量钢轨内侧横断面轮廓.以钢轨轨腰轮廓作为测量基准,利用最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法确定光平面测量坐标系到设计坐标系的旋转矩阵和平移向量,将测量轮廓与设计轮廓对齐,在此基础上计算磨耗值.与已有的方法相比,该方法无需单独设置用于基准测量的视觉传感器,采用同一传感器实现了基准测量和磨耗测量,有效降低了系统成本,操作性强,且无需进行多传感器的全局校准,保证了测量精度.实验结果表明:该钢轨磨耗测量方法具有较好的重复性精度.     

基于MAX452的压力传感器温度补偿研究

设计了一套基于MAX1452的压力变送和温度补偿系统。通过建立数学模型，分析了温度漂移的原因和补偿机理。设计硬件电路，并编制软件系统。通过试验验证了数学模型和补偿机理的正确性。试验结果显示，传感器补偿后全温度范围内误差相较于补偿前提高了一个数量级。     

线结构光传感器标定点获取方法研究

提出了一种基于双重交比不变性的线结构光传感器标定点获取的方法,利用该方法和设计的标定靶标,可方便的获取大量的高精度的标定点,解决了线结构光传感器标定点不易产生且数量少的问题,从而可以在一定程度上提高标定的精度.仿真结果表明该方法是可行的.      

复合材料方形膜的压力频率特性

基于一种典型的微结构硅谐振压力传感器由多层不同材料构成的谐振子的实际结构特点，建立了被测压力与谐振子静挠度，谐振子固有频率的数学模型，计算和分析了谐振子的振动特性，给出了各复合材料层的几何参数、物理参数对其振动特性的影响规律，揭示了复合材料方形膜的压力频率特性，为设计该类谐振子提供了理论依据。     

基于EFPI-FBG结构的光纤复合传感器研究

研究了一种基于非本征型Fabry-Perot干涉仪(EFPI)和光纤Bragg光栅(FBG)串联结构构成的EFPI-FBG光纤复合传感器,用于实现对压力和温度信号的同步测量。传感器选用熔融石英作为压力敏感材料,利用飞秒激光焊接技术实现传感器探头结构的封装。对传感器的工作原理进行了分析,制作并封装传感器工程样机,搭建测试系统,对传感器的性能进行了灵敏度及交叉敏感性分析。结果表明,该传感器在0.8 MPa范围内的灵敏度约为-0.729μm/MPa,在50℃~200℃范围的温度灵敏度为0.009 nm/℃,传感器压力测量最大允许误差为±4.12%FS。该EFPI-FBG复合传感器有望应用于压力—温度双参数测量需求的技术领域。     

视觉检测中椭圆中心成像畸变误差模型研究

针对在三维视觉检测应用中,空间椭圆的中心经摄像机针孔成像后存在畸变误差的问题进行了研究.基于透视投影变换和空间解析几何理论,建立了在摄像机的像平面上该畸变误差的数学模型,从而为圆孔(椭圆孔)或圆柱(椭圆柱)类工件中心位置的视觉检测、结构光三维视觉检测应用以及视觉检测中的CCD摄像机内部参数标定等问题的解决提供了一个有效的理论依据,具有一定的理论意义和工程应用价值.      

反射式光纤压力传感器技术评述

本文综述了反射式光纤压力传感器的发展过程与技术现状,逐一介绍分析了各种检测原理、误差补偿方法和数学模型方面的研究工作,讨论了这种传感器的主要性能特点和合适的应用领域。     

攻角传感器的热失效分析与设计方案改进

根据压差归零式攻角传感器的工作原理、结构及工作条件，结合实际经验，分析了该传感器的主要失效因素，并重点分析了热失效问题；探讨了飞行中传感器探头加热器与环境之间的热交换情况。     

X射线实时成像器件缺陷校正方法的研究

对于由射线转换屏和CCD相机组成的X射线实时成像系统而言,成像器件缺陷是影响系统成像质量的重要因素.结合工程实践,分析了射线转换屏缺陷、CCD像元光响应不一致性等成像器件缺陷的特性及其成像规律,提出了一种数学模型和成像器件缺陷校正方法.实验结果表明,该方法对消除成像器件缺陷造成的图像降质有较好的效果.      

空间杂光对交会对接光学成像敏感器影响分析

CCD光学成像敏感器是交会对接最后靠拢段的关键测量敏感器,其在轨工作时,太阳和地球杂光可能会进入相机视场,影响敏感器的正常测量.提出通过杂光建模分析和地面杂光试验验证相结合的方法,评估和验证空间杂光对光学成像敏感器测量的影响,确定相机遮光罩设计指标要求,给出理论分析、地面及飞行试验结果.