哈尔滨工程大学硕士学位论文
Abstract
Laser ranging has the advantages of high precision, high speed and convenience, which has been widely used in the industrial fields such as driving positioning system, terrain exploration and so on. However, due to some objective factors, the railway department mainly uses the measuring ruler and other equipment to measure the platform gauge by people. Based on the principle of monocular laser ranging, this thesis has studied and improved the ranging model of platform gauge measurement, designed and realized the platform gauge measurement instrument based on monocular camera and line laser.
Based on monocular camera and line laser, this thesis has studied the principle of triangulation method, improved on the original direct model, expanded the range while maintaining the accuracy, and applied the model to design and realize the structure gauge measurement system of high-speed railway. Firstly, the wide-angle lens of industrial camera causes image distortion. By analyzing the optical structure of the camera, the parameter matrix of the camera has been calibrated, which is convenient for subsequent measurement and calculation. In addition, in order to improve the adapta
bility of the system to light changes, near-infrared laser was used to improve the clarity of imaging. Through image preprocessing, laser stripe extraction and target location calculation based on ranging model, the structure gauge measurement function in complex background has been realized.
This thesis has designed and realized the prototype system, collected the field test data, analyzed the specific causes of errors under individual working conditions, and put forward the corresponding solutions. Compared with the existing laser rangefinder and contact measuring ruler, the measurement technology studied in this thesis has higher accuracy, higher efficiency and all-weather adaptability.
Key words: Monocular ranging; Laser triangulation; Line laser; Laser stripe extraction; Structure gauge
目录
海鲜蒸柜第1章绪论 (1)
声波识别
1.1 背景及意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (2)
1.2.1 国外研究现状 (2)
1.2.2 国内研究现状 (3)
1.3 主要研究内容 (3)
1.4 论文组织结构 (4)
第2章单目激光测距原理 (5)
模具抛光
2.1 单目测距原理 (5)
2.1.1 直射式 (5)
2.1.2 斜射式 (6)
2.1.3 测量方案 (6)
2.2 改进的单目激光测距方法 (7)
2.2.1 带仰角的测距模型 (7)
2.2.2 新模型的推导 (8)
2.3 相机标定 (11)
2.3.1 张正友平面标定法 (11)
2.3.2 畸变校正 (14)
2.4 本章小结 (15)
第3章图像预处理及激光条纹提取与定位 (16)
3.1 角点检测算法 (16)
3.1.1 Susan角点检测 (16)
3.1.2 Harris角点检测 (17)
3.2 图像预处理 (22)
3.2.1 灰度化 (22)
3.2.2 几种滤波器的比较 (23)
3.2.3 滤波器的选择 (25)
3.3 激光条纹提取 (26)
哈尔滨工程大学硕士学位论文
3.3.1 近红外激光 (26)
3.3.2 自适应阈值法 (28)
3.3.3 新型的激光提取算法 (30)
3.4 激光条纹中心定位 (36)
3.4.1 传统方法 (36)
3.4.2 灰度重心法 (37)组合聚醚
3.5 本章小结 (38)
第4章实验结果与误差分析 (39)
4.1 系统结构 (39)
4.2 数据处理 (41)
4.2.1 数据分析 (41)pop油墨
4.2.2 绘制站台轮廓线 (45)
4.3 误差分析 (46)
水溶液锂电池4.4本章小结 (48)
结论 (49)
参考文献 (49)
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 (54)
致谢 (55)
第1章绪论
第1章绪论
1.1背景及意义
为了保证列车和地铁的运行安全，要求铁道周边修建的建筑物及设备，不得侵入与轨道中心线垂直的横断面轮廓线，称为站台限界。铁路部门对站台限界的要求十分严格，必须满足安全间隙留余的要求。在具体的测量过程中，要求测量人员测得的最小尺寸满足横断面的极限距离规定[1]。铁路部门的限界测量，主要就是测量站台到轨面的水平距离和站台面到轨面的垂直高度。
目前，我国对站台限界的检测主要依靠接触式的测量方法，利用站台尺、铅锤等工具，进行费时费力的人工测量。直到近几年，各种非接触式测距才逐渐应用到站台限界的测量当中，但由于非接触式测距仪的成本偏高，对测量人员的文化水平要求较高，至今未成为主流。但非接触式测量的精度、效率和测量范围更高，也更加符合管理和测量的需求，成为近几年国内外的主要研究课题[2]。在众多非接触式测量方法中，视觉测距凭借其灵活性和简便性成功脱颖而出。而激光又凭借高亮度、高辨识度、 单性好、抗电磁干扰能力强等特点，被广泛应用在视觉测距技术上，并且具有极高的精度。目前，激光测距在工业生产、军事活动，甚至民用科研上都有着大量的应用。例如对人造卫星的跟踪检测、飞机航行高度的测量，以及复杂地形的测绘、勘察等。日常生活中的行车定位系统、汽车防撞探测器、车流量监控系统等，也都用到了激光测距的技术[3]。
当前的激光测距方式有四种最为常见：干涉法、脉冲法、相位法和三角法[4]。干涉法对测量环境有十分苛刻的条件，适合于精度较高的实验定标等应用；脉冲法的方向性强，但在测量短距离时的精度不高，适用于远程激光测距；相位法的测量精度比脉冲法更优，但是测距速度慢，很容易受到多普勒效应的干扰；三角法又叫光学三角法，其原理是平面几何的相似三角形，该方法保证了测量结果的精度，在短程激光测距的应用上最为广泛[5]。
从原理上，视觉激光测距又可分为单目、双目和多目几种方式。其中，单目激光测距就是由单个摄像头组成的系统，其结构最简单，测量模型也更灵活多变，因此被研究得最为广泛。
综合考虑环境条件、仪器造价、操作难易以及精度等各方面因素，本文所研究的单目视觉测距原理，就是基于三角法进行中短距离上的高精度站台限界测量。由于要进行
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