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激光三维传感器技术--第三节、精度影响因素分析

文章出处:未知 人气:-发表时间:2018-02-03 14:30
1、精度影响分析

(1)物与像对应关系的影响

     三维物体表面点的位置和像平面上反映该点的坐标之间的映射关系是非线性的,而且当需要从像点坐标求物点坐标时,反透视变换不能唯一地确定物点,只能确定投影线方程。但当光平面垂直入射物体表面时,摄像机自爱与平面垂直的平面内,与光平面成一定角度摄取光条图像,这时光条上的物点一一对应,不存在透视点的重叠问题。对于物点到像点非线性关系的标定技术是获取物体三维坐标的关键,这一问题已被广泛地进行讨论。由于对光学系统进行了许多理想情况的假设,因而采用三角几何关系的标定技术会带来一些复杂的非线性系统误差,对测量精度造成较大的影响;实际的应用系统中,物与像的对应关系标定技术,多是采用对物体范围坐标与图像坐标,以及物体深度坐标与图像坐标分析进行拟合标定,这种方法实际上是对一系列已知的物点与像点对应关系做曲线拟合的方法不能完全消除系统误差的影响,特别是在线扫描得测量中,因仍存在一定的系统误差。

(2)激光散斑对测量精度的影响

      当采用激光扫描三角法对物体进行测量时,激光束扫描投射到被测物面形成漫发射光条件作为传感信号,但是被测物表面的情况是千差万别的饿,不同颜色、材料、粗糙度、光学性质以及表面面型等用同一光源入射时,物体表面对光的反射和吸收程度是不同的饿,特别是物体表面的粗糙度及折射率等因素严重影响着物体表面的光三射,这将会使通过透镜成像原理得到的光条图像像质差别较大。由于激光三角法的测量精度直接受像点位置测量精度的影响,故而粗糙表面造成的散斑必然影响测量的精度。


  (3)光学系统像差的影响

     对光学系统的研究,是将透镜假设为一理想的薄透镜,以便从物体通过光学中心到像平面画一直线去找到一个物点的图像,但实际上,透镜既不是理想的,也不是很薄的饿,这就意味着空间的所有点并不是通过同一个光学中心。当透镜很大(相对像距和物距而言)或者物体离透镜很远时,单透镜的初级像差相当严重的。尤其是像的畸变会严重影响测量的精度。在理想光学系统中,在一对共轭的物像平面上,放大率是常数,但对于实际光学系统,只有视场较小时才具有这一性质,当视场较大时,像的放大率就要随视场而已,这样就会使像相对于物体失去相似性。畸变仅引起像变形,而对像的清晰度并无影响,这是因为对一般的光学系统而言,当其结构形式一定时,高级像差随结构参数改变的影响甚小,这样,改变结构参数时,实际像差的变化量基本上等于同于初级相差的变化量,通常要求计算仪器中物镜的畸变量小于万分之几,因而其镜头都比较复杂。

(4)其他因素的影响
 
       在激光扫描的三角法中,影响测量精度的因素除以上介绍的几项之外,还有其他较为严重的影响因素,主要有摄像机分辨率的影响、系统中结构因素的影响及光学系统似因素的影响。

2、提高精度的新方法

(1)双三角测量法

      双三角量法即是用两个成像系统从不同角度接受物体表面发射光,通过比较探测器上像点的位置差异而实现距离测量。它不仅可以实现得到物体的坐标位置,而且可以同时得到物体表面的倾斜角度,因而可对物体表面型引起的误差加以补偿,这种方法可明显提高测量的精度。

(2)三维拟合标定的测量法

      所谓多维拟合标定的方法,就是将已知的物体表面坐标位置和对应的一个或两个摄像机的像平面坐标位置,在整个测量区域内均匀布点标定,将标定的对应值行多维非标性拟合处理,从而得到一个像与物的输出对应的关系。这种关系拟合标定的前提是物点与像点为一一对应关系。对于这种多维的非线性问题。采用双摄像机的多维拟合标定技术可大大提高测量的精度。

(3)对测量结果进行最小二乘拟合处理

     采用激光扫描三角法的这种线结构光的方法时,实际上每次得到一条曲线上若干点的像素坐标值,由于CCD摄像机是靠像素矩阵来测量像的位置坐标,只能取整数,所以分辨率低。可对这些像素点做最小二乘的拟合逼近处理,便可得到一条光滑的曲线,从而提高测量精度。

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