数字化天顶摄影仪倾角补偿的影响分析

针对传统倾角补偿过程中存在的线性漂移问题,采用Ⅰ-Ⅱ观测位置和Ⅱ-Ⅰ观测位置倾角修正的平均值进行倾角补偿;为减小转台转位误差对天顶摄影仪旋转轴倾斜分量的影响,推导了转位不对称性误差对倾斜补偿的影响;分析了测站点天文坐标误差对倾角仪状态参数标定的影响.结果表明:采用改进后的倾角补偿方式可将经纬度误差从0.337″、0.381″提高到0.265″、0.216″;转台转位不对称性误差控制在1′以内,可使转位不对称误差对摄影仪旋转轴倾角补偿的影响控制在0.002″以内;当测站点的天文坐标误差与仪器自身定位精度相当时,测站点天文坐标误差对旋转轴的倾角补偿的影响较小,即对天文经度影响在0.007″内,对天文纬度影响在0.008″内.本文研究对倾角仪参数标定与天顶摄影仪定位的同时测定具有一定帮助.     

一种即时平面标定的二维视觉测量方法

在二维视觉测量过程中,测量平面与标定平面的重合度是影响测量精度的重要因素。现有的二维视觉测量方法将平面标定过程及测量过程分步进行,测量平面与标定平面存在离面位移,通常需要精密的约束装置对标定靶标及待测物进行校准操作。为简化二维视觉测量过程并抑制离面位移,提出一种即时平面标定的二维视觉测量方法,通过在待测物上直接投射标定的激光点阵,建立待测平面与成像平面的映射关系,再根据该映射关系对待测物表面的特征点进行测量计算。该方法仅需对系统参数进行一次标定,与无离面误差校正的传统二维视觉测量方法相比,提高了测量精度,简化了测量过程。     

点衍射波前无镜头干涉测量中横向偏移误差校正方法

为了最大程度减少误差环节,点衍射球面波前精度的干涉测量中通常采用无镜头测量方式。点衍射干涉波前在大数值孔径与大横向偏移量情况下存在的结构误差将严重影响测量精度,且无法利用传统方法加以校正。针对该问题,提出了一种基于三坐标重构以及对称偏移补偿的点衍射干涉波前测量中结构误差的高精度校正方法,以实现对大数值孔径及大横向偏移点衍射球面波前无镜头成像测量中的结构误差校正。该方法首先采用三坐标重构方法对系统误差进行预校正,再针对干涉中点源横向偏移引入误差存在的对称性,采用对称横向偏移补偿对由三坐标重构误差而引入的残余结构误差进一步校正。分别进行了数值仿真和测量实验对所提出方法的可行性进行了验证。结果表明,该方法达到了λ/10000的校正精度,对于点衍射球面波前高精度测量标定以及非镜头成像干涉检测中结构误差的高精度校正具有重要的应用意义。     

基于天文观测的相机标定及姿态测量技术研究

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量,必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题,提出了以恒星为控制点的相机标定方法,根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标,利用摄像测量原理建立了恒星观测模型,求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明,该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度,并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态,航向角和俯仰角的解算重复性优于10″,能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。     

显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响研究

偏折术作为一种高精度的面形检测方法,其测量精度不仅依赖于系统参数的标定精度,还受到显示器面形的影响,尤其是对于常用的基于平面镜反射模型实现系统标定的偏折术测量系统,显示器面形还会直接影响系统参数的标定精度。为了研究显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响,首先预设了不同形变量的显示器面形,再依据提出的计算方法分析了其对系统标定精度以及测量精度的影响,结果证明显示器面形不仅会降低系统参数的标定精度,还会在待测元件的面形测量结果中引入较大的低阶项及高阶项误差。最后通过与实验结果对比,进一步验证了所提出方法的正确性,该研究为拼接偏折术检测系统的测量误差提供了一种定量计算分析方法。     

基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量方法

基于扭秤测量冲量原理,结合激光干涉法差动测量角度的方法,提出一种基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量的方法。介绍系统的基本组成和测量过程,给出扭秤结构设计参数,并对系统参数进行了标定,结合设计参数与标定结果,对系统的分辨率、量程和精度进行了校核,在典型的测量环境下,对激光烧蚀靶材所形成的Ns量级微小冲量进行了测量,给出了典型的测量结果并进行分析。结果表明:所提出的基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量方法,系统分辨率可达10-7Ns量级,测量范围跨5个数量级,最大可以测量10-2Ns量级冲量,测量精度优于95%。     

三坐标激光非接触测量技术在武器系统测量领域的应用

为实现某武器系统核心部件的自动精确测量,依据通用三坐标测量系统设计原理,研制了一套激光扫描自动测量系统。本文首先介绍了测量系统的组成;然后从激光测量头测量原理、电路原理和气路原理等三方面介绍了系统的工作原理;通过建立理想测量模型和实际测量模型,给出了测量坐标系与用户坐标系的转换关系及利用标准件进行系统参数标定的方法;最后,通过建立准刚体误差数学模型,对系统误差进行了分析、计算。测量结果表明,该系统单点测量精度优于7μm,球面度测量精度优于22μm。     

偏翼标模小滚转力矩测量与气浮轴承动态特性研究

基于气浮轴承的自由滚转实验技术是测量再入飞行器小不对称滚转气动力的重要方法.文章研究中对偏翼标模进行了小滚转力矩测量,并针对实验系统的特点,对气浮轴承进行了无风实验标定和真空实验标定,给出了其动态特性结果.进一步分析了气浮轴承动态特性、原始数据采集测量误差和参数辨识误差对实验结果的影响,并给出了综合误差分析结果,说明了主要误差来源.结果显示:滚转力矩系数和滚转阻尼导数测量综合误差分别约为10-7和10-4量级,实验中可根据实际情况进行误差处理.研究结果对气浮轴承自由滚转实验精度提高、方案设计和设备研制等具有重要的实际意义.      

单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础,且参数标定的精度直接影响测量的精度,其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题,通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上,并由摄像机拍摄;基于二维射影变换理论,通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标;以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值,使用非线性算法对系统进行全参数整体优化,完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm,误差均方根小于0.03 mm,结果表明该方法标定过程简单,能够有效地提高标定精度,具有较广的适用性。     

PSO-ASVR在三波长路面状态传感器定量标定中的应用

路面状态传感器是路面状态定性识别和定量测量的重要工具,其定量测量性能依赖于定量标定模型的准确性。为了解决路面状态传感器定量标定数据非线性和非均匀分布问题对定量测量的不利影响,提出基于PSO-ASVR(particle swarm optimization-adaptive support vector regression)的路面状态传感器定量标定模型。构建AP(adaptive preprocessing)流程进行标定数据最优化预处理,降低路面状态传感器非均匀分布问题影响下的标定数据处理误差。采用基于结构风险最小化的SVR(support vector regression)算法进行标定数据拟合,并利用PSO(particle swarm optimization)算法实现SVR中参数最优化,降低路面状态传感器标定数据非线性引入的数据拟合误差。不同路面状态条件下标定数据处理实验表明:新方法相比于传统方法在均方根误差RMSE上至少可减小63%,验证了其在提高定量标定模型精度上的有效性,实现了路面状态传感器定量标定误差的降低。     

光电经纬仪测角精度分析

测角精度是影响光电经纬仪定位功能的重要因素。为了进一步提高光电经纬仪的测角精度,对测角误差进行详细分析是必要的。从光电经纬仪的总体设计出发,找出了影响测量数据获取、转换、合成中的各项误差源,并详细分析了它们的大小和性质。通过分析光电经纬仪工作原理及结构找出了主要误差源。对机架系统的误差、测角单元误差、电气系统误差、脱靶量误差、大气折射修正误差等主要误差源进行分析计算,并对各单元进行了误差分配。最后,计算了光电经纬仪投影测角精度的均方根值。分析计算结果显示:通过精心设计、加工、检测,修正可使一部分误差减小甚至忽略,但机架系统的误差、测角单元误差、脱靶量误差对测角精度的影响仍很显著;在当前工艺水平下,光电经纬仪事后空间指向精度可以达到2。     

航空天文导航系统定位误差因素研究

研究了影响航空天文导航系统定位精度的四个因素,包括轴系制造装调与标校精度、导航星视位置精度、蒙气差修正精度和CCD光电测量精度。首先分别对这四个因素进行了理论分析,在论述轴系制造装调与标校精度的过程中,首次考虑了天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定问题,并提出了利用对角位移敏感的光学测量技术来完成天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定,对工程实践具有指导意义。     

A novel optimization method of camera parameters used for vision measurement

Camera calibration plays an important role in the field of machine vision applications. During the process of camera calibration, nonlinear optimization technique is crucial to obtain the best performance of camera parameters. Currently, the existing optimization method aims at minimizing the distance error between the detected image point and the calculated back-projected image point, based on 2D image pixels coordinate. However, the vision measurement process is conducted in 3D space while the optimization method generally adopted is carried out in 2D image plane. Moreover, the error criterion with respect to optimization and measurement is different. In other words, the equal pixel distance error in 2D image plane leads to diverse 3D metric distance error at different position before the camera. All the reasons mentioned above will cause accuracy decrease for 3D vision measurement. To solve the problem, a novel optimization method of camera parameters used for vision measurement is proposed. The presented method is devoted to minimizing the metric distance error between the calculated point and the real point in 3D measurement coordinate system. Comparatively, the initial camera parameters acquired through linear calibration are optimized through two different methods: one is the conventional method and the other is the novel method presented by this paper. Also, the calibration accuracy and measurement accuracy of the parameters obtained by the two methods are thoroughly analyzed and the choice of a suitable accuracy evaluation method is discussed. Simulative and real experiments to estimate the performance of the proposed method on test data are reported, and the results show that the proposed 3D optimization method is quite efficient to improve measurement accuracy compared with traditional method. It can meet the practical requirement of high precision in 3D vision metrology engineering.     

基于三线结构光的相机平面标定方法研究

相机标定技术是结构光三维视觉测量的关键技术之一,结构光系统的相机标定的精度对三维测量的精度有很大影响。首先对三线结构光系统图的相机标定方法进行了分析,简单介绍了工业相机成像的几何模型及标定的原理;其次利用Harris角点检测方法提取特征点坐标,并选用了BP神经网络来校正工业相机的畸变模型,以提高标定算法的优化速度和标定精度;最后采用张正友的平面标定法对校正后的摄像机模型进行标定实验,由实验结果知,该方法具有一定的准确性和有效性,在一定误差范围内,基于神经网络畸变校正的张正友相机标定能够有效提高视觉检测的精度。     

Research on the passive nuclear level gauge

ABSTRACT

Using the ‘quadruple combination detection’ automatic calibration method to solve the traditional passive nuclear ash hopper material level meter calibration problem. The method adopts the ‘contour multistage measurement’ mode, fitted the ratio of absorbed dose rate detected by adjacent cascade probe with corresponding actual material level after measurement, then use the fitting parameters to calibrate automatically which do not need ash hopper stop working, And this can effectively save the calibration time and cost. The method can effectively eliminate the material level measuring error brought by the changes of radioactive activity in the coal ash, which improve the measuring precision and material level positioning accuracy. There are many factors affecting the radioactive activity of coal ash which vary in Different feeding period, or after refueling. And this may cause measurement error and misinformation. Using quadruple combination detection and contour multistage measurement mode, when the radioactive activity in the coal ash changes, the passive nuclear meter level gauge can be revised according to the calibration curve or calibrated automatically. Which eliminated the effects brought by the changing of coal ash radioactive activity, saved onerous repeatedly calibration procedure, also improve the accuracy of the calibration, avoid misjudgment, and can improve the accuracy of measurement.     

视场角和定位误差在光谱辐射亮度测量中的影响

为了减小不同光谱辐射计间瞄准区域差异带来的光谱辐射亮度不一致性,讨论了视场角及定位对于测量准确性的影响。通过建立太阳光白板和卤钨灯白板系统光路下的光谱辐射亮度测量模型,分析了不同几何光路视场区域平均辐射亮度与中心辐射亮度的差异。数值模拟表明,太阳光白板光路修正因子仅与视场角大小有关;卤钨灯白板光路修正因子随测量距离增大而减小,距离600 mm时8°和14°视场角的修正因子分别变为0.993 5和0.980 2。最后,实验验证了卤钨灯白板系统下角度误差和位移误差对光谱辐射亮度的影响。结果表明,修正因子对水平方向的角度误差和位移误差呈现非对称性,两侧差异高达2%。因此,依据视场角和几何定位可以对测量结果进行数据修正,有助于提升光谱辐射亮度测量不确定度水平。     

偏振光天文导航定位能力分析

基于天空光偏振特征的天文导航方式是最近发展起来的一种自动天文导航方式,其定位能力直接决定了它的发展应用价值.针对舰船偏振光天文导航方式,从天空光偏振角的探测模型和单天体天文定位的船位误差模型出发,建立了偏振光天文导航的误差模型.利用该模型,仿真计算分析了偏振光天文导航的定位能力.分析表明:当太阳位于探测装置的正横方向且天顶角较大时,探测到的天空光偏振角对太阳方向的变化最敏感,最有利于偏振光天文导航;当偏振角的测角准确度达到角分水平时,偏振光天文导航方式的自动定位准确度可达海里级,可用于辅助惯性导航.     

机械臂D-H参数和减速比几何标定及误差补偿

针对机械臂D-H参数和关节电机减速比不精确导致机械臂绝对定位精度降低的问题,提出了在利用几何分析标定机械臂D-H参数的基础上,通过分析关节实际旋转角度和相应电机编码器码值的线性关系,标定关节电机减速比的方法。针对关节角误差微分补偿法计算量大的缺点,通过推导机械臂末端位姿矩阵误差和关节角误差之间的微分关系建立误差模型,求解关节补偿角,避免了雅各比矩阵的求取,提高了计算效率。最后采用三维激光跟踪仪搭建测量系统,完成了一种6自由度机械臂的标定及补偿实验。实验结果表明,通过参数标定及误差补偿,机械臂的绝对定位误差均值从标定前的2.83 mm和1.14°降低到0.54 mm和0.24°,验证了方法的有效性。     

Laboratory calibration of star sensor with installation error using a nonlinear distortion model

The high-precise star sensor calibration method requires high-accurate turntable, collimator, star point plate or other high-precision devices that are very expensive. We present a simple and available method to calibrate the principal point, focal length, radial distortion, tangential distortion and installation error of star sensor in laboratory, and without having high accurate or expensive devices. The calibration model takes the ordinary camera calibration methods and installation error into account. The installation error is modeled by combination of three typical effects: the installation of pan-tilt-zoom (PTZ) initial status, PTZ and charge-coupled device, which result in six parameters. The proposed procedure consists of a closed-form solution, followed by a nonlinear refining based on maximum likelihood criterion. Our calibration method is validated through simulation and real data that shows the superiority with respect to the traditional methods and has the same level as the state-of-the-art methods. The accuracy of our calibration method is 0.015° in the root of mean square distances between testing points and projected ones.