光纖環(huán)繞制長(zhǎng)度實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù).pdf

1、光纖環(huán)是干涉型光纖陀螺中傳播兩相向光波來產(chǎn)生SAGNAC相位差的部件,它由多匝光纖線圈繞制而成。光纖環(huán)的繞制長(zhǎng)度及平均直徑大小是影響光纖陀螺性能的重要因素,在光纖環(huán)的生產(chǎn)過程中,對(duì)光纖環(huán)的繞制長(zhǎng)度進(jìn)行精確測(cè)量既是光纖陀螺生產(chǎn)過程中的一個(gè)必要環(huán)節(jié),也是精度保證的必要條件,因此開展光纖長(zhǎng)度實(shí)時(shí)精確測(cè)量技術(shù)的研究具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
　　論文針對(duì)光纖的物理特性和光纖環(huán)的繞制特點(diǎn),利用機(jī)器視覺非接觸式測(cè)量方法,建立了光纖環(huán)繞

2、制長(zhǎng)度實(shí)時(shí)精確測(cè)量系統(tǒng),解決了有骨架光纖環(huán)繞制長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)精確測(cè)量問題。
　　基于在線測(cè)量對(duì)測(cè)量系統(tǒng)精度和速度的要求,論文從理論研究和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面,對(duì)基于視覺測(cè)量技術(shù)的光纖環(huán)繞制長(zhǎng)度測(cè)量方法進(jìn)行了深入研究,并對(duì)測(cè)量方法及相關(guān)處理算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了測(cè)量系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。
　　論文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　1)根據(jù)透鏡成像原理,結(jié)合光纖環(huán)繞制的特點(diǎn)及精確定位光纖成像位置的要求,建立了視覺成像系統(tǒng);對(duì)系統(tǒng)的組成

3、及構(gòu)建過程中的軟件設(shè)計(jì)、相機(jī)選擇及固定方式等問題進(jìn)行了科學(xué)分析。
　　2)研究了視覺測(cè)量過程中的系統(tǒng)標(biāo)定問題?；诙鄠€(gè)自由平面的標(biāo)定方法,針對(duì)光纖成像后形狀特征,改進(jìn)了常用的張正友標(biāo)定方法,提出了更貼近被測(cè)物形狀的圓陣列靶標(biāo)標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的方法,且將圓陣列靶標(biāo)置于與光纖環(huán)同軸的平面上標(biāo)定攝像機(jī)外部參數(shù),使得攝像機(jī)的成像模型適用于光纖長(zhǎng)度測(cè)量,提高了光纖環(huán)繞制長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。
　　3)針對(duì)圓陣列靶標(biāo)模板提出了相對(duì)應(yīng)

4、的標(biāo)定特征點(diǎn)提取方法,并解決了標(biāo)定特征點(diǎn)在成像后的坐標(biāo)位置與其在世界坐標(biāo)系中位置的對(duì)應(yīng)問題。采用canny邊緣檢測(cè)算子提取平面靶標(biāo)中圓陣列的輪廓、最小二乘橢圓擬合法求取橢圓的長(zhǎng)、短半軸以及Hough變換累計(jì)數(shù)組方式提取圓陣列靶標(biāo)上所有標(biāo)定特征點(diǎn)的坐標(biāo)。
　　4)針對(duì)緊密繞制的光纖環(huán)成像圖像難以用肉眼分辨成像清晰度的問題,在調(diào)整鏡頭焦距判斷是否清晰成像的過程中引入圖像清晰度評(píng)價(jià)方法來實(shí)時(shí)處理圖像,確定清晰成像的聚焦位置,指導(dǎo)設(shè)置后續(xù)

5、的光纖繞制圖像采集參數(shù)。通過對(duì)準(zhǔn)平面的合理選取,解決了光纖環(huán)繞制過程中隨著繞制層數(shù)的增加導(dǎo)致光纖環(huán)繞制圖像的清晰度與視覺系統(tǒng)景深之間的矛盾。
　　5)針對(duì)光纖環(huán)繞制過程的特點(diǎn),對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn),使其適用于實(shí)時(shí)檢測(cè)跟蹤光纖環(huán)繞制圖像。利用邊緣檢測(cè)算法,得到清晰反映新繞制的光纖位置圖像,便于后續(xù)計(jì)算。
　　6)針對(duì)光纖材質(zhì)的特性及繞制過程中出現(xiàn)的繞制缺陷導(dǎo)致長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確的問題,提出采用光學(xué)幾何成像方法精確測(cè)量光