光纖環(huán)繞制長度實時測量技術.pdf

1、光纖環(huán)是干涉型光纖陀螺中傳播兩相向光波來產生SAGNAC相位差的部件,它由多匝光纖線圈繞制而成。光纖環(huán)的繞制長度及平均直徑大小是影響光纖陀螺性能的重要因素,在光纖環(huán)的生產過程中,對光纖環(huán)的繞制長度進行精確測量既是光纖陀螺生產過程中的一個必要環(huán)節(jié),也是精度保證的必要條件,因此開展光纖長度實時精確測量技術的研究具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　論文針對光纖的物理特性和光纖環(huán)的繞制特點,利用機器視覺非接觸式測量方法,建立了光纖環(huán)繞

2、制長度實時精確測量系統(tǒng),解決了有骨架光纖環(huán)繞制長度的實時精確測量問題。
　　基于在線測量對測量系統(tǒng)精度和速度的要求,論文從理論研究和實際應用兩個方面,對基于視覺測量技術的光纖環(huán)繞制長度測量方法進行了深入研究,并對測量方法及相關處理算法進行了實驗,驗證了測量系統(tǒng)的可行性和實用性。
　　論文主要研究內容及成果如下:
　　1)根據(jù)透鏡成像原理,結合光纖環(huán)繞制的特點及精確定位光纖成像位置的要求,建立了視覺成像系統(tǒng);對系統(tǒng)的組成

3、及構建過程中的軟件設計、相機選擇及固定方式等問題進行了科學分析。
　　2)研究了視覺測量過程中的系統(tǒng)標定問題。基于多個自由平面的標定方法,針對光纖成像后形狀特征,改進了常用的張正友標定方法,提出了更貼近被測物形狀的圓陣列靶標標定攝像機內部參數(shù)的方法,且將圓陣列靶標置于與光纖環(huán)同軸的平面上標定攝像機外部參數(shù),使得攝像機的成像模型適用于光纖長度測量,提高了光纖環(huán)繞制長度測量系統(tǒng)的測量精度。
　　3)針對圓陣列靶標模板提出了相對應

4、的標定特征點提取方法,并解決了標定特征點在成像后的坐標位置與其在世界坐標系中位置的對應問題。采用canny邊緣檢測算子提取平面靶標中圓陣列的輪廓、最小二乘橢圓擬合法求取橢圓的長、短半軸以及Hough變換累計數(shù)組方式提取圓陣列靶標上所有標定特征點的坐標。
　　4)針對緊密繞制的光纖環(huán)成像圖像難以用肉眼分辨成像清晰度的問題,在調整鏡頭焦距判斷是否清晰成像的過程中引入圖像清晰度評價方法來實時處理圖像,確定清晰成像的聚焦位置,指導設置后續(xù)

5、的光纖繞制圖像采集參數(shù)。通過對準平面的合理選取,解決了光纖環(huán)繞制過程中隨著繞制層數(shù)的增加導致光纖環(huán)繞制圖像的清晰度與視覺系統(tǒng)景深之間的矛盾。
　　5)針對光纖環(huán)繞制過程的特點,對傳統(tǒng)運動目標檢測方法進行了改進,使其適用于實時檢測跟蹤光纖環(huán)繞制圖像。利用邊緣檢測算法,得到清晰反映新繞制的光纖位置圖像,便于后續(xù)計算。
　　6)針對光纖材質的特性及繞制過程中出現(xiàn)的繞制缺陷導致長度測量不準確的問題,提出采用光學幾何成像方法精確測量光