基于远心双目微视觉伺服的光纤精密对准控制研究

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1、硕士学位论文基于远心双目微视觉伺服的光纤精密对准控制研究作者姓名周德文学科专业机械电子工程指导教师陈忠副教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年4月StudyonControlforPrecisionAlignmentofOpticalFibersBasedonTelecentricBinocularMicro-visionServoingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhouDewenSupervisor：ViceProf.ChenZhongSouthChinaUniversityo

2、fTechnologyGuangzhou,China分类号：TP24学校代号：10561学号：201320100412华南理工大学硕士学位论文基于远心双目微视觉伺服的光纤精密对准控制研究作者姓名：周德文指导教师姓名、职称：陈忠副教授申请学位级别：全日制学术硕士学科专业名称：机械电子工程研究方向：精密制造装备与现代控制技术论文提交日期：2016年4月22日论文答辩日期：2016年6月7日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王国利委员：张宪民；王念峰；邝泳聪；黄沿江华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独

3、立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、

4、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：指导教师签名：日期：作者联系电话：15521231549电子邮箱：1021689822@qq.com联系地址(含邮编)：华南理工大学10号楼214室(510640)摘要光纤的对准熔接技术是光纤通信的基础组成部分，高精度低损耗的光

5、纤对准熔接对于建立优良的光纤通信网络有着重要意义。由于视觉伺服系统具有鲁棒性好，精度高以及非接触式的优点，视觉伺服广泛应用于光纤对准熔接技术中，并已成为主动对接方法之一。而随着工业镜头制造水平的不断提高，远心镜头有着许多良好的性能，如高分辨率，低畸变性以及恒等放大倍率等，其在精密测量等领域有着很好的发展前景。本课题使用基于远心镜头的伺服系统，来实现光纤的快速对准。光纤特征点的提取对控制系统有密切关系。特征点精度越高，光纤坐标位置更准确，对准的效果也会越好。另一方面，图像处理的速度越快，视觉伺服的控制周期则越短，对接过程也更加快速和平稳。然而，兼顾图像处理的高速度与图像提

6、取的高精度是很难的，因此，本文提出基于空间矩的光纤纤芯特征点快速亚像素的图像处理算法。光纤的三维重构对相机的标定和特征点的匹配提出了很高的要求。由于本文对准所用的远心镜头特有的模型及其小视场等因素，在标定立体视觉的过程中，外参矩阵的还原会出现多解性问题。而特征点的匹配又会对光纤三维重构带来很大的影响。因此，本文在提出一种快速而简便的求解远心相机外参的方法的基础上，提出使用基本矩阵结合几何约束的方法来求取光纤的匹配特征点，进而重构光纤在三维场景中的姿态。最后，通过MFC语言编写自动化对接程序，完成了系统集成。在对整个运动平台和视觉系统进行解耦后，提出了使用二步对接的策略和

7、基于位置视觉伺服（PBVS）的控制方法，完成了空间5自由度的光纤对接任务。同时，对影响对接过程及结果的各种因素进行了详细分析，指出了如标定精度、控制速度等对光纤对接过程及结果的影响。关键词：远心相机；视觉伺服；特征点匹配；图像处理；光纤对接IAbstractThealignmentandfusionoftheopticalfiberplayafundamentalroleinthefiber-opticcommunicationnetwork.Thehigh-precisionandlow-lossalignmentfortheoptic