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激光三角法精密测距系统研究

作　者: 苏煜伟
导　师: 孙钊
学　校: 西安工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光学三角法 激光测距 CMOS图像传感器 激光光斑检测 Visual Basic
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


激光测距技术是一种非接触式的工业测量技术,无论是在工业领域还是生活建设应用领域,都已经成为了一种无可替代的新型技术,并且各行各业对这种技术都存在着大量的需要。因此可以看出,激光测距技术的市场需求的空间量还很大。当前,激光测距仪器正在朝着测量精度更高、使用更加安全方便、系统能耗更小、体积小型化、电子化的趋势下不断努力发展研究。但是,在激光测距技术领域我国国内和欧美日发达国家之间的技术还存在着较大的差距,市场上的高端产品多数还是以欧美日的产品为主流,并且价格都比较昂贵。因此,我国自主研究开发高精度、低能耗、成本低廉的小型激光测距仪器是当前我国激光工业领域亟待解决的重要问题。本文采用光学三角法作为研究设计的理论基础,详细地分析和比较了直射光入射法和斜射光入射法这两种激光三角法的优缺点,根据本论文的研究设计要求选择直射光入射法作为本文的理论方法,并对计算激光光斑质心坐标的理论算法也进行了详细的分析和论述。根据本文的理论方法先进行了模拟实验,模拟实验装置测量的大量数据验证了本文理论的可行性。然后根据激光三角法精密测距系统的原理对硬件部分和软件部分做了详细的设计。硬件部分选用半导体激光器和基于CMOS图像传感器的摄像头作为完成本文设计要求的主要硬件；软件部分则通过上位机编程软件Visual Basic编写上位机测距和结果显示的界面。最后,对本文所研究设计的激光三角法精密测距系统的样机进行了实验测量,对所测量的实验数据进行了分析和研究,并对研究工作做了总结和展望。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题背景和意义  9
  1.2 选择此课题的目的  9-10
  1.3 现有激光测距技术的分析  10-13
    1.3.1 激光相位法测距技术原理  10-11
    1.3.2 脉冲激光测距技术原理  11-12
    1.3.3 激光干涉测距技术原理  12
    1.3.4 激光三角法测距技术原理  12-13
  1.4 几种测距方法的比较  13-14
  1.5 论文内容的安排和主要工作  14-16
2 激光三角法精密测距系统的理论方法研究  16-26
  2.1 激光三角法测距系统的两种测距方式及其可行性的讨论  16-19
    2.1.1 斜射光入射法  16-17
    2.1.2 直射光入射法  17-19
  2.2 确定激光光斑质心坐标位置的方法  19-23
    2.2.1 光学三角法  19-20
    2.2.2 傅里叶相位平移法  20-21
    2.2.3 高斯拟合法  21-23
  2.3 测距系统的精度提高分析  23-25
  2.4 本章小结  25-26
3 模拟实验分析验证  26-39
  3.1 建立模拟实验装置  26-27
  3.2 上位机的激光光斑质心位置的计算  27-36
    3.2.1 图像的数字化  27-28
    3.2.2 激光光斑图像数据的处理  28-32
    3.2.3 激光光斑质心坐标的计算求解  32-33
    3.2.4 计算激光光斑质心坐标的MATLAB程序  33-36
  3.3 实验测量  36-38
  3.4 本章小结  38-39
4 测距系统的硬件部分设计  39-47
  4.1 外部激光光源的选择  39-41
  4.2 光电成像CMOS图像传感器的选择  41-45
    4.2.1 图像传感器原理  41-42
    4.2.2 CMOS图像传感器和CCD图像传感器的区别  42-43
    4.2.3 基于CMOS图像传感器为核心的摄像头的选择  43-45
  4.3 激光测距系统的硬件设计思路  45-46
  4.4 本章小结  46-47
5 测距系统的软件部分设计  47-56
  5.1 软件设计总体结构框架  48-52
  5.2 程序的安装与调试  52-55
    5.2.1 程序的安装  52-54
    5.2.2 程序的调试与校正  54-55
  5.3 本章小结  55-56
6 激光测距系统实验分析  56-62
  6.1 激光测距系统的测量数据和分析  56-60
    6.1.1 激光测距系统在室内环境下的近距离测量  56-57
    6.1.2 不同颜色的被测目标对测量结果的影响  57-58
    6.1.3 表面粗糙的被测目标对测量结果的影响  58-60
  6.2 测距系统的测量精度及误差分析  60-61
    6.2.1 影响测量精度的内部因素  60
    6.2.2 外部因素  60-61
  6.3 本章小结  61-62
7 结论  62-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65-66
致谢  66-68

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 光检测技术
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