光纖位置視覺測量的優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡的不斷發(fā)展，望遠(yuǎn)鏡焦面上集成的光纖單元的數(shù)目也越來越多，從以前的400到現(xiàn)在的4000根光纖，以及將來的5000根光纖。目前世界上最大的多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡為“大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡”(簡稱LAMOST)，其焦面上安裝有4000個光纖定位單元，焦面上光纖單元的作用是用來精確跟蹤天體目標(biāo)，以便獲取天體的光譜。隨著光纖數(shù)目的不斷增多，光纖定位不能人工完成，而是由光纖定位單元自動完成。天文觀測前，必須對光纖

2、的空間位置進(jìn)行精確測量，這樣才能精確對準(zhǔn)天體目標(biāo)，所以，在大尺寸焦面上的光纖位置測量顯得尤為重要。對LAMOST的光纖位置測量，我們需要選用高效高精度的測量方法。由于大尺寸光纖焦面的特殊結(jié)構(gòu)和光纖的極小直徑，只有高精度、高效率的非接觸式視覺測量方法才能完成此項任務(wù)。
　　本文對相機的成像幾何模型和標(biāo)定方法進(jìn)行了分析，研究了視覺測量原理和影響視覺測量的關(guān)鍵因素并提出了改進(jìn)方法，然后詳細(xì)分析了參數(shù)優(yōu)化算法光束法平差，并給出了改進(jìn)算法，

3、最后進(jìn)行了模擬和實際實驗。
　　相機作為視覺測量設(shè)備，所以先對相機小孔成像的線性模型和非線性模型做了詳細(xì)分析，系統(tǒng)地介紹了相機的像差模型，同時對相機標(biāo)定方法進(jìn)行了研究，并提出了針對橢圓形特征點位置提取的優(yōu)化方法。最后使用基于圓形平面標(biāo)定板的標(biāo)定方法對單反相機進(jìn)行了標(biāo)定實驗，從而得到了標(biāo)定結(jié)果和重投影誤差，通過比較重投影誤差證明了精提取橢圓位置算法相比初步提取算法的精度更高。
　　視覺測量可以使用多種算法，本文將視覺測量中的多

4、種方法進(jìn)行了對比，給出了幾種方法的優(yōu)缺點，選擇了適用于LAMOST焦面光纖位置測量的多視角視覺測量方法，并且從相機成像的幾何模型的角度闡述了適合平面測量的多項式擬合法，該方法建立了空間點XY坐標(biāo)和圖像點坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，該方法比較適合平面上空間點的二維坐標(biāo)測量，對其不足之處進(jìn)行了詳細(xì)說明，還對雙目視覺測量和多項式擬合法的測量精度進(jìn)行了驗證。實驗結(jié)果表明它們在大尺寸物件的高精度測量中測量結(jié)果精度不足。
　　測量前需要將影響測量結(jié)果

5、精度的主要因素詳細(xì)分析，最大限度地減少各因素帶來的誤差，以提高測量和優(yōu)化計算的結(jié)果精度。這些因素主要包括:光纖光源、光強、拍攝角度、光點位置提取算法等，通過實驗給出這些因素的具體設(shè)置建議，以減少測量誤差，提高測量精度。
　　視覺測量的參數(shù)優(yōu)化方法是光束法平差，本文先分析了光束法平差原理和LM非線性迭代算法的實施過程，并使用法方程矩陣的稀疏性引入了稀疏光束法平差，該方法有效地提高了計算速度，減少了存儲空間。直接光束法平差的測量結(jié)果位