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【6h】

基于CCD相机的中远距离位移距离测量平台的设计

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摘要

随着近代工业的快速发展，对计量测试技术要求越来越高，航空、军工、机械、建筑等各个领域中的许多测量要求在特殊的条件下进行，如高温、高压、高速、放射性及强腐蚀等恶劣环境，因此，开发研究远距离非接触测量具有重要的现实意义。
　　 自从非接触测量受关注以来，基于激光和超声波的测量技术是最常用的方法。但是基于激光和超声波的测量方法的测量精度在很大程度上依赖于被测物表面的反射能力，如果测量表面不理想，那么测量系统通常会表现很差，由于测量系统存在这些问题会产生测量精度丢失，因此采用基于激光的测量仪器进行标定就会有一定的影响，而且这些测量方法在进行测量时对目标图像的记录存在一定的难度。于是出现基于图像测量技术的位移、距离以及从摄影图像中获取目标几何特征的图像测量技术。由于能够提供丰富的测量环境信息资源，图像测量方法获得了广泛的应用。
　　 然而，传统基于立体视觉的系统通常要求两台相机置于同一水平不同位置来获取两张不同的图像来作进一步的分析。采用图像方法测量时需要模式识别和图像分析来对图像中特征进行提取和匹配，因此该测量系统也就需要大容量和高速度的数字信号处理器，这也不可避免的导致该测量系统在系统的复杂性、处理的速度以及成本方面的不足。由于处理速度受到限制，采用模式识别和图片分析方法的实时测量的表现一般令人不满意，尤其是在嵌入式应用方面。
　　 本文基于数字图像处理技术，提出了以图像像素数来计算被测目标距离和位移的图像测量方法，并在此基础上设计了由相机图片数据采集系统、单片机图像数据控制系统和图像计算处理部分组成的位移、距离测量平台。包括以下部分的开发研究：
　　 1.设计并制作了基于单片机的图像数据读取、传输的控制系统。它采用AT89S52作为控制系统的微处理器控制芯片，使得整个控制系统简单，高效。考虑到AT89S52不能直接读取相机中的图片数据，本文选择CH375芯片作为数据通信的桥接芯片。针对所采集的图像数据量大，不利于AT89S52读取和传输的问题，本文采用了函数重定向的方法，将数据采集系统获得的图片直接发送到图像处理部分。
　　 2.提出了以像素数来计算位移、距离的测量方法。基于被测目标平移，像素数不变的原理，在被测目标上进行参考点距离标定，通过被测目标位移与参考点之间的像素数比例关系来计算被测目标的位移。通过沿拍摄方向前后平移相机，来获得两参考点之间的像素数差，从而推导出距离测量的计算方法。
　　 3.实验分析了测量距离对位移和距离测量精度的影响；并考察了光轴偏角对位移测量精度的影响；通过对沿拍摄方向距离差研究分析，得到了该距离差与距离测量精度之间的关系。

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