摆动扫描式红外地球敏感器测试系统及其关键技术研究

在扫描镜摆角动态激光测试技术研究中,基于激光技术和CCD探测技术,提出了一种红外地球敏感器扫描镜摆角动态测试方法,并研制了扫描镜摆角动态测试系统,可实现扫描镜的摆动频率、零位角、幅值、最大与最小摆角和峰峰值之差、峰峰值平均等参数的动静态激光非接触测量.介绍了系统的组成和工作原理,着重对线阵CCD用于实时动态测角技术的测量精度和动态范围等几个关键问题进行了探讨,推导了测量精度公式与动态范围公式.     

三轴摇摆台运动算法建模与仿真

为了保证三轴摇摆台在启动、停止及模式切换等过程运行的平稳性.提出了一种摇摆台运动的控制算法.在满足角位移±25°、角速度±30°/s和角加速度100°/s2 约束条件下,摇摆台在三个自由度运动方向上以最短的时间实现了平滑过渡.仿真结果表明,摇摆台运动过程中没有出现超调和震荡,且平滑过渡时间不小于2 s.     

大型零件搬运装配的智能辅助设备防摆控制

智能辅助设备(IAD)是一种可与操作者在同一作业空间共同完成作业任务的智能机械装置.针对大型零件搬运装配过程中存在的负载摆动问题,对IAD的防摆控制进行研究,利用拉格朗日功能平衡原理建立了负载水平运动的数学模型,提出了负载防摆控制策略,分别设计了位置控制器和负载防摆控制器,并对防摆控制进行了仿真研究.研究结果表明,这种控制策略有效可行,在分别改变钢丝绳长和负载质量的情况下,小车运动能够跟踪参考位置,并且在启动加速和减速停止过程中,有效抑制了负载的摆角,使摆角快速衰减到零.该研究对于大型零件搬运装配的IAD运动控制系统的设计与实现具有实际的参考价值.     

红外地球敏感器扫描镜机电特性光电检测系统研究

针对摆动扫描式红外地球敏感器扫描轴系的动态性能的测试技术进行了深入研究.介绍了测试系统的组成、总体结构和测量原理.着重阐述了姿态给定装置-两轴转台的设计方案及其传动机构精度计算,通过对扫描镜机电特性检测系统动态精度标定,其摆角测量范围为0°～±12°,精度达±0.05°,并给出三种姿态下的工作曲线.     

2自由度铰接车体车辆越障偏移饱和控制

针对2自由度铰接车体车辆直线越障偏移问题,建立车辆越障运动的动力学模型.以后车体绕z轴的角速度、沿y轴速度和前车体相对后车体的横摆角速度作为被控量,建立误差运动学模型,对误差系统进行稳定性和能控性分析.由于净转向力矩有上限,采用反步法设计系统的抗饱和控制器,对运动偏移控制中的液压转向机构输出饱和现象进行抑制.通过计算得到了在偏移控制过程中液压转向执行机构的净输出力矩随时间变化的曲线.结果表明:加入抗饱和控制器后,通过前后车体间的转向液压系统控制前后车体相对角速度,车辆越障运动时的y向偏移误差在5 s后收敛至0,前后车体夹角、后车体进方向的偏角也随时间逐渐收敛至0,车辆沿直线路径行进,证明抗饱和控制算法能有效地消除越障偏移误差.     

五轴CNC系统中有效降低非线性误差的两种方法

针对五轴数控(CNC)加工由于刀具摆动使得刀尖运动存在的非线性误差问题,建立了该误差的数学模型,提出了两种有效降低该误差的方法:第一种方法对理想线性刀尖轨迹而非数控程序段给定的数据进行插补,对插补点进行坐标变换计算插补器输出的运动控制命令;第二种方法对数控程序段直接插补但将该点对应的刀尖点投影到理想刀尖轨迹上,将投影点进行坐标变换计算机床各轴运动坐标.实例计算表明,利用所提出的方法能将非线性摆动误差降低到1μm以下,且计算时间(35.6μs)满足数控系统实时性要求.     

Center of rotation estimation for rocket nozzle by infrared reflective makers and image sequences

The determination of an accurate center of rotation of rocket motor nozzle or other object to be measured is of great interest across a wide range of applications,such as rocket,missile,robotics,industry,spaceflight,aviation and human motion analysis fields,particularly for clinical gait analysis.A new approach was proposed to estimate the moving objects’ instantaneous center of rotation and other motion parameters.The new method assumes that the two segment of object to be measured are rigid body which rotates around a center of rotation between each other relatively.The center of rotation varies with time in the global coordinate system but is fixed in the local coordinate system attached to each segment.The models of rocket motor nozzle and its movement were established.The arbitrary moving object’s corresponding to motion equations were deduced,and the least square closed-form solutions of the object’s motion parameters were figured out.It is assumed that the two high speed CCD cameras mounted on the 750 nm infrared(IR) filter are synchronized and calibrated in advance.The virtual simulation experiment using 3D coordinates of markers was conducted by synchronized stereo image sequences based on 6-DOF motion platform and the experimental results prove the feasibility of our algorithm.The test results show that the precision of x,y,z component on center of rotation is up to 0.14 mm,0.13 mm,0.15 mm.     

Three-dimensional motion parameters estimation from stereo image sequences based on infrared reflective markers

In this paper,an innovative 3D motion parameters estimation method from stereo image sequences based on infrared(IR) reflective markers is presented.It was assumed that two high speed CCD cameras had been calibrated previously.The method consists of the following steps:1) the coordinate of several markers and depth map for each stereo pair was determined from the sequences of stereo images by relations of markers’ coordinate the correspondence between markers was established,2) the 3D motion parameters of the target was computed based upon the matched markers’ coordinate,and 3) translated 3D motion parameters estimation into the problem of least square according to the movement model of the object to be measured.Without using line,curve or corner correspondence,this method can calculate the depth of these markers feature easily and quickly in contrast to traditional approaches.The two CCD cameras work on 200 f/s,and each processing cost time is about 3 ms.It was found that,by using several markers and a large number of stereo images,this method can improve the computational speed,robustness and numerical accuracy of the motion parameters in comparison with traditional methods.The virtual simulation experiment was conducted using synthesized stereo image sequences based on 6-DOF motion platform and the experimental results proved the validity of our approach and showed that the translation and rotation precision is up to 0.1 mm and 0.1°.     

基于极线校正逆变换的立体匹配算法研究

匹配是立体视觉中一个重要问题,它通常是在图像极线校正的基础上实现的.常用的校正方法会造成投影变换后图像拉伸不均匀,从而影响后续模板匹配的精度.为此提出一种基于极线校正逆变换（反校正）的立体匹配方法,它以校正后的图像进行开窗搜索,但针对窗内的图像坐标进行反校正,提取校正前的像素灰度值,最后进行模板匹配.仿真和实验结果证明,文中提出算法的匹配效果比较理想,生成的视差图要比传统算法精确.     

圆锥内定点至锥表面垂点轨迹

为解决实际工程中遇到的圆锥曲线问题,研究圆锥内任意点至所有素线垂足轨迹的方程.根据圆锥形成的性质和向量几何的理论,如果点至素线的方向向量垂直素线方向向量,那么二者向量的点积等于零,由此求出垂足参数表达式.推算并化简垂足轨迹点参数方程,通过极坐标与直角坐标的转换,得出垂足点轨迹为圆锥与球偏交得的两曲面交线以及交线的笛卡尔坐标表达式.结果表明,若以圆锥内一点与圆锥顶点连线为直径作球,则球面与圆锥素线交点和圆锥内定点连线垂直于素线;研究轨迹线的投影性质表明,其正面投影为抛物线,水平投影为闭合的二次曲线.     

ArcView中栅格图像与矢量图的融合技术

通过创建与栅格图像相对应的WORLD文件,可以实现栅格图像与矢量图的融合．WORLD文件可以由任何编辑器创建,WORLD文件一般是以图像文件名加上“w”来进行命名．WORLD文件中有6个变换参数,按顺序为A,D,B,E,C和FA值为栅格图像X方向以地图单位为单位的栅格长度,E为Y方向以地图单位为单位的栅格长度的负值,该两值可以在栅格图像文件的属性中获得．C,F值为栅格图像左上角像素中心在地图上的X,Y坐标,其值可以根据特征点在地形图中的坐标量测获得．D,B为旋转因子,如果没有图像的旋转,则均为0．在ArcView矢量化的视图中,添加附带有相应WORLD文件的栅格图像时,系统将自动调用文件中包含的地理坐标变换信息进行坐标数据的转换。     

基于切片图像的血管三维重建方法

研究了基于血管切片投影图像的血管三维重建问题。通过对所给血管切片图像格式的转换 ,利用细化方法和轮廓边缘检测的 Kirsch算法 ,构建了切片图像的骨架 (中心线 )和轮廓线 ;提出了最小距离最大半径法 ,得到了切片图像最大内含圆的圆心和半径。对于球心坐标及其在 XY,YZ,ZX坐标面上投影的散点图 ,利用非均匀有理 B样条 ( NURBS)技术、三次样条插值方法对散点数据进行拟合 ,分别得到了三坐标面的投影图及空间中轴线的方程。进而建立圆柱螺线模型 ,利用最小二乘原理对散点数据再拟合 ,得到结果如下 :中轴线为圆柱螺线 ,半径为 30 ,在 3个坐标面 XY,YZ,ZX上的投影分别为 :半圆弧曲线、正弦曲线、余弦曲线 ,并给出了相应的算法。最后 ,利用得到血管的中轴线方程及半径 ,建立了血管的管状曲面模型 ,对血管进行了三维重建     

动平衡机对异方位轴进行动平衡的方法研究

已知目标轴在动平衡机的测量坐标系中的方位的情况下,利用物体质量特性的基本原理和立式动平衡机原理可以直接对目标轴进行动平衡,进而取代坐标转换设备,简化动平衡工序,提高动平衡工作效率.通过动力学推导得到向目标轴配平两配平面所需配平量与当前不平衡量的差值,完成向目标轴的动平衡.仿真结果表明该方法是正确可行的.     

基于特征匹配算法的双目视觉测距

距离测量作为障碍物检测以及路径规划的前提和基础是机器人研究领域的一个重要分支。在众多测距方法中,由于双目立体视觉具有信息丰富、探测距离广等优点被广泛应用。本文将改进的SIFT特征匹配算法应用到双目视觉测距与标定系统中。首先建立双目视觉测距模型,测量值由空间物点在左右摄像机下的像素坐标值决定;其次根据该模型的特点提出了基于平行光轴的双目立体视觉标定方法;最后利用改进的SIFT特征匹配算法,提取匹配点的像素坐标完成视觉测距。实验结果表明,根据测量数据对障碍物进行三维重建,相对距离与真实场景基本吻合,能够有效地指导机器人进行避障。     

基于相机标定的图像拼接算法

针对现有图像拼接算法在配准精度和速度方面的不足,提出了一种利用相机标定信息和相位相关技术相结合的图像配准方法,并给出了算法的详细推导过程.算法通过相机标定获得投影矩阵、相机坐标系间的旋转变换矩阵和平移向量.利用相机坐标系间的旋转矩阵推导对应图像间的旋转变换公式,通过z轴位移及场景的平均景深近似求解图像间的缩放系数,利用相位相关法求解图像间的平移转换参数.实验结果证明该算法理论推导正确,在有效景深范围较小情况下图像拼接准确,对于分辨率为640×480的输入数据,平均拼接速度能够达到26.8 ms.     

管嘴出流形态的实验观察

通过自行设计的一台管嘴出流形态观察设备,考察管嘴出流形态与管嘴扁椭圆型横截面长短轴变化及压头的关系,摄像法记录了近管嘴的流体形态特征,发现近管嘴的流体具有梭形节形貌,节长与压头成正比,流体的横截面长短轴以铅直方向为轴线出现类似偏振波的正交扭转,初步讨论了此现象发生原因．