基于三角法的激光测距技术

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1、南开大学硕士学位论文基于三角法的激光测距技术姓名：王芳申请学位级别：硕士专业：光子学与光子技术指导教师：宋峰;陈念江2012-05摘要激光测距技术的应用领域十分广泛，尤其是在现代工业中的在线检测和快速制造业中发挥着无法比拟的优势。在多种激光测距技术中，三角法激光测距技术因其结构简单、使用灵活、测量速度快，且采用非接触式测量，而被广泛应用于工业生产中。但目前国内自行研制的测量仪器在精度和测量速度方面都还达不到实际生产的需要。因此本课题针对提高激光三角法的测量精度和速度展开研究，主要研究内容有以下几个方面：首先，分析了影响测量精度的因素，从仪器硬件方面选择了光

2、束质量较好、且工作稳定的氦氖激光器作为光源，使用了高分辨率的工业相机进行图像采集。从原理方面利用数学建模方法，分析了影响测量精度的系统参数，得到了提高测量分辨率的系统参数值，并进行实验验证。然后，重点解决光斑中心计算问题，这直接影响光斑移动距离的计算结果，因此是决定测距精度的关键之处。利用图像预处理方法对图像进行滤波、阈值分割，能有效去除噪声对图像的影响。再通过改进的灰度质心算法对图像进行细分，将光斑中心的计算精度提高到亚像素级别。通过软件模拟了实际光斑图像，实验证实光斑中心计算结果精度很高。最后，利用标定曲线进行测距实验，该方法能够避免人工测量系统参数带

3、来的误差，同时可以实现仪器的自校准。实现物体的距离测量后，借助滑动平台实现了对物体表面的一维扫描，拟合出物体表面轮廓。本论文设计并实现了基于点光源的三角激光测距，提高了测量精度，采用了快速算法，提高了测量速度，对研究在线检测和生产制造中使用的小型测量仪器具有重要意义。进一步的研究会针对线型激光光源，采用线光源进行测量，每秒可同时采集几百甚至几千个点的信息，因此在测量速度方面比基于点光源测量方式提高很多。关键词：三角法点激光测距光斑中心算法扫描与重构AbstractThetechnologyoflaserrangefindercanbewidelyusedi

4、nmanydifferentfields，particularlyforonlinemonitoringandfastindustryinmodemindustrial，ithastheincomparablesuperiorities．Inavarietyofrangefinder,laserrangefindingbasedontriangulationhasbeenwidelyusedinmanufacturebecauseofitss缸1】ctIlresimple，agilityforuse，fastsurveyandusingthenon-con

5、tactmethod．However,atpresenttherangefinderofourindependentresearchanddevelopmentcouldnotmeettherequirementsofactualproduction，neitherinaccurencynormeasuringspeed．Thereforeourjobistodosomeresearchaboutmeasuringprecisionandspeed,basicallyhasthefollowingsides：First,analyzedthemainfac

6、torswhichinfluencetheprecision．startsfromhardwareaspect,chosenHe-Nelaserasthelamp-housebecauseofhighbeamqualityand900dstability．Usingc．al"nel"a、Ⅳitllhigllresolutiontoimageacquisition．Fromtheprincipal，Usingmathematicsmodelingtoanalyzetheparameterthataffecttheprecisionofmcasunnent,a

7、ndworkouttheparametersofthesystemthatincreaseresol埘on．InadditionthemodelWasvalidatedbythewayofexperiment．Second，focusingonresolvingthecalculationofthecenteroflaserspot．Becauseitdirectlyaffectstheresultofcalculatingthedisplacementoflaserspot．Thereforecalculatingthecenteroflaserspot

8、isthekeytoprecisionoftherangemeaa