小角度测量ppt.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,长春理工大学光电工程学院学士答辩报告,所属专业,:,光学工程,研究方向,:,测控技术及仪器,导师姓名,:,张国玉,学生姓名,:,马培远,一种小角度精密测量的方法研究,A kind of precision small angle measurement method,主要内容,一、课题研究的目的及意义,二、测量原理及系统总体方案,三、光斑中心定位,四、实验研究,五、结论,1.1,研究目的：,一、研究目的和意义,本课题来源于,长春理工大学光电工程学院学士毕业论文,实现非接触、高准确度和高灵敏度的小角度光学测量方法。,一、研究目的和意义,1.2,研究意义：,角度测量是计量科学的重要组成部分,特别是微小角度的测量在精密加工、航空航天、军事和通讯等许多领域都具有极其重要的意义和作用,.,二、测量原理及系统总体方案,2.1,光学测量方法分类：,光学自准直法、光学内反射法、激光干涉法 等。,二、测量原理及系统总体方案,2.2,自准直测角装置简图：,二、测量原理及系统总体方案,自准直测角测量原理：,即,二、测量原理及系统总体方案,2.3,总体设计方案：,其中,l=r+d,，则,三、光斑中心定位,CCD,相机：,最高分辨率：,1280*1024,、像素尺寸,4.65um,、传感器类型：数字面阵,CCD,、输出颜色：黑白、数据位数：,12,位,AD,，,8,位输出。,MATLAB,：,支持的图像文件格式丰富,如,*.BMP,、,*.JPEG,、,*.GIF,等。,MATLAB6.5,提供了,15,类图像处理函数,涵盖了包括近期研究成果在内的几乎所有的图像处理方法。,3.1,主要工具：,三、光斑中心定位,文件读取：,MATLAB,读取文件的函数是,imread,。具体格式是,A=imread(FILENAME,FMT),把,FILENAME,里的图像读取到,A,。,去除噪音的处理：,采用中值滤波方法,中值滤波就是一个变换，图像中值滤波后某像素的输出等于该像素邻域中个像素灰度的中值。,灰度直方图,：,图像的直方图是图像的重要统计特征,是表示数字图像中每一灰度级与该灰度级出现的频数间的统计关系。能给出该图像的大致描述,如图像的灰度范围、灰度级的分布、整幅图像的平均亮度等,成为二值化等处理方法的重要依据。,图像二值法：,图像的二值化有很多种方法,灰度阈值是最古老的方法。事先决定一个阈值,当一个像素的灰度值超过这个阈值,就可以说这个像素属于我们,研究,的对象，反之则属于背景部分。,边缘检测,：,边缘是,CCD,图像的最基本的特征,边缘中包含着有价值的目标边界信息,在,CCD,测量系统中,图像边缘提取是测量的基础和关键。这些信息可以用作图像分析、目标识别。,3.2,图像处理过程：,三、光斑中心定位,3.3,光斑中心的亚像素定位,：,质心法：,光斑的亚像素中心定位最常用的是质心法，质心法可以看成是以灰度为权值的加权形心法。计算公式如下：,质心法只有对灰度对称分布的目标才能获得理想的效果。事实上，由于光学成像带来的离轴像的非对称性，使用该算法使得单个光斑的位置中心精度难以获得很大提高。,实际流程如下,读入图像,图像去噪,去除背景,求质心,三、光斑中心定位,读入的图像目标 背景去除后效果,三、光斑中心定位,最小二乘拟合椭圆：,Matlabt,椭圆拟合流程图：,图像读入,去噪,二值化,边缘提取,提取边缘,拟合椭圆,计算椭圆,三、光斑中心定位,要拟合的椭圆轮廓,四、实验研究,光斑漂移位移的测量,系统标定,误差分析,小结,实验流程框图：,四、实验研究,4.1,光源漂移的测量：,激光光斑在,CCD,中的质心，会随着时间的变化存在微量的位移，该值直接影响系统的测量精度，所以在进行前，要对光源质心漂移进行测量，用来计算它对系统测量精度的影响。光源质心漂移的测量只需保持,CCD,和光源不动，每隔一段时间拍摄一张图片，计算光斑质心，观察质心的偏移量。,4.2,系统标定：,理论系统已经建立起来，但这还不是一个完整的系统，系统的重要参数还不知道，还不能用其进行测量，所以接下来就要进行系统标定了，系统标定就是用自准直仪测量角位移,，用,CCD,相机和,MATLAB,程序来计算,，进而反推出公式,中的,，在,已知的情况下，就可以应用系统进行测角了。,四、实验研究,其中,l=r+d,，则,四、试验研究,4.3,误差来源：,角度测量的误差主要来源于仪器误差、观测误差以及外界条件影响带来的误差等几个方面。认真分析这些误差,找出消除或减小误差的方法,可以提高观测精度。,仪器误差：,仪器制造加工不完善所引起的误差即照准部偏心误差、度盘刻划不均匀误差等。,仪器校正不完善所引起的误差即望远镜视准轴不垂直于横轴的误差、横轴不垂直于竖轴所引起的误差等。,四、试验研究,观察误差：,对中误差在水平角观测时,由于对中不准确使仪器竖轴与测站点的铅垂线不重合会产生对中误差,(,也称测站偏心误差,),整平误差若仪器未能精确整平或在观测过程中气泡不再居中,竖轴就 会偏离铅直位置。,目标偏心误差由于设置在测点上的标杆倾斜而使照准目标偏离测点中心所产生的误差称为目标偏心误差。,瞄准误差引起瞄准误差的因素很多,如望远镜孔径的大小、分辨率、放大率、十字丝粗细、清晰程度以及人眼的分辨能力等,读数误差读数误差与读数设备、照明情况以及观测者的技术水平和责任心有关,。,四、试验研究,原理误差：,反射镜平面度误差带来的误差,:,反射镜工作表面的平面度误差破坏了反射光束的平行度。所以反射镜工作表面的平面度不好将会影响光斑质量，使光斑中心的计算误差增大。,光源漂移产生的误差,:,在本系统中，光源的漂移严重影响着测量的精度，它的漂 移与光源的质量有关，随时间的漂移量是不规律的,准直系统瞄准误差,：,准直系统的瞄准方式是通过电荷耦合器件,CCD,成像、信号采集及数据处理来实现的,因此准直系统瞄准误差包括数据处理及算法误差等。,四、试验研究,CCD,的非均匀性、响应非线性误差：,感光单元灵敏度不均匀性误差：,感光单元灵敏度不均匀性误差,CCD,感光单元灵敏度误差是由于制造过程中半导体材料杂质不均匀造成的探测器失真。,CCD,光电探测器光电响应非线性误差：,光电响应非线性表征了探测器光电转换过程中比例失调的缺陷产生的误差。,电噪误差：,外界环境条件引起的误差：,外界条件的影响影响角度测量的外界因素很多,如大风或土质的松软会影响仪器的稳定,;,地面辐射热会影响大气稳定而引起物像的跳动,;,光线不足会影响照准的精度,;,温度的变化会影响仪器的整平等。,电噪声误差主要来自,CCD,的暗电流噪声和信号处理电路的噪声。,CCD,的暗电流噪声是,CCD,器件在一定时间内,由于热电荷积累产生的噪声信号。,五、,结 论,本文详细论述了利用面阵,ccd,测量小角度的诸多方法，以及测量过程的研究和数据方面的处理，分析了测量中的各种误差来源与消减的方法。,软件上利用,ccd,相机对图像做接收处理，并利用直线边缘拟合法检测图像边缘。实验采取独立的测量手段，将自准直仪的实际转角和算法计算得到的角度值进行比较，分析其精度。通过理论分析该方法能明显提高自准直仪的精度，精度达到,0.5,角秒。,谢 谢！,长春理工大学光电工程学院学士答辩报告,