用于混联式TBM位姿测量的光学标靶关键技术研究

发布时间：2023-12-13 20:20

　　在各类复杂的地下盾构施工环境中,硬岩全断面掘进装备(简称TBM)中具备实时位姿测量功能的导向系统,为控制TBM掘进路线与设计轴线的偏差提供了最关键的技术支撑。为此,本文针对某新型混联式TBM,如何设计出一种低复杂度、高抗噪能力的光学标靶,以实现精确高效的TBM位姿测量方法,本文开展了以下研究工作:论文首先对当前主要的TBM导向系统研究现状进行了综述,对其技术方案及其特点进行了分析,针对现有某新型混联TBM具备两级推进系统的结构特征,提出了用于TBM位姿测量的单目视觉位姿测量方法。该法匹配设计了具有六个特征点按一定拓扑结构分布的激光光学标靶,根据射影不变性原理建立了拓扑结构中各个特征点的共线关系,并给出了其特征点排序算法及特征点的匹配算法。其次,针对如何实现光学标靶中激光光斑中心快速准确定位问题,提出了激光光斑中心等效光强定中算法,并对其中心位置精度和抗干扰能力进行了仿真和实验验证。结果表明,该法快速有效,中心位置定位精度高和抗干扰能力强。然后,根据摄像机标定原理,建立了摄像机标定模型,并选用ChArUco标定法进行摄像机内参的校准。在此基础上,结合弱透视投影原理,简化了多特征点PnP问...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号说明
第一章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 研究目的和意义
        1.1.2 课题来源
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 TBM导向系统发展现状
        1.2.2 视觉位姿测量研究现状
    1.3 论文主要内容与结构
    1.4 章节小结
第二章 新型TBM位姿测量系统方案设计
    2.1 新型TBM位姿测量系统方案
    2.2 激光光学靶标的设计与特征匹配
        2.2.1 光学靶标拓扑结构设计
        2.2.2 光学靶标特征点匹配
    2.3 位姿测量系统的组成
        2.3.1 位姿测量系统硬件组成
        2.3.2 位姿测量系统软件框架
    2.4 章节小结
第三章 激光光斑中心定位算法研究
    3.1 光斑图像预处理
        3.1.1 光斑图像的分割
        3.1.2 光斑图像特征点提取
    3.2 光斑中心定位算法
        3.2.1 激光光斑模型建立
        3.2.2 光斑中心定位评价指标
    3.3 定中算法仿真与实验分析
    3.4 本章小结
第四章 基于单目视觉的TBM位姿测量
    4.1 摄像机标定方法与原理
        4.1.1 基于Ch ARUco标定法
        4.1.2 摄像机标定原理与模型
    4.2 PnP问题的线性近似求解
    4.3 基于重投影误差的非线性优化
    4.4 本章小结
第五章 实验及数据处理
    5.1 标靶实验平台
    5.2 算法流程
    5.3 系统实验与分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录 A 部分算法实现源码
个人简历在读期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3873901