动态视觉敏感器闭环激励源的研制

发布时间：2017-07-07 06:03

  本文关键词：动态视觉敏感器闭环激励源的研制

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【摘要】：动态视觉敏感器闭环激励源是一种为动态视觉敏感器提供动态目标的视觉动态模拟器,为视觉位置姿态测量敏感器提供光学激励源,可以模拟视觉测量目标相对视觉敏感器在120米到0.9米之间的视觉目标光学状态。而且动态视觉敏感器闭环激励源与视觉敏感器以及动力学仿真计算机共同构成视觉位姿测量闭环仿真系统,可以为视觉导航制导系统提供半物理仿真环境。本文结合动态模拟器的工作原理和技术指标,论述系统的整体框架,并给出了光学系统结构。根据实际项目情况,选定以空间光调制器为目标图像显示的核心器件,以激光器发生器为光源,以FPGA主板来控制图像明暗的图像显示控制机制。在此基础上,针对动态模拟器系统中的几个关键问题:消散杂光、光斑亮度与尺寸和数据交换时序问题,给出了解决方案。在目标图像生成算法中,针对光学系统可能带来的误差,提出了一种畸变校准方法,利用高阶多项式建立空间光调制器到视觉敏感器的映射关系,减小由光学系统所带来的误差;然后通过对目标图像中光斑位置、亮度、半径进行计算,得到精准的目标图像。根据动态模拟器功能需求,为了协同系统框架中的各个模块,设计了软件系统,包括校准程序,激光器控制程序和动态模拟器主程序。最后动态模拟器与视觉敏感器以及动力学仿真计算机构成的闭环系统,通过了闭环实验,证明彼此之间协同工作能力,可以为视觉导航制导系统提供半物理仿真环境。
【关键词】：视觉敏感器 动态模拟器 视觉位姿测量 空间光调制器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V526;V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题背景以及研究的目的和意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-13
• 1.3.1 近距离视觉导航制导技术的国内外研究现状10-11
• 1.3.2 视觉导航敏感器的国内外研究现状11-12
• 1.3.3 视觉敏感器模拟器的国内外研究现状12-13
• 1.4 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 动态视觉敏感器闭环激励源的总体结构15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 动态模拟器的工作原理15-18
• 2.2.1 动态模拟器的模拟对象15-17
• 2.2.2 动态模拟器的工作原理17-18
• 2.3 动态模拟器的性能要求18-19
• 2.3.1 动态模拟器的技术要求18-19
• 2.3.2 动态模拟器的技术指标19
• 2.4 动态模拟器的整体结构框架19-22
• 2.4.1 系统结构19-21
• 2.4.2 光学系统结构21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 动态视觉敏感器闭环激励源的硬件设计与实现23-43
• 3.1 引言23
• 3.2 电器硬件体系结构23-24
• 3.3 空间光调制器24-26
• 3.4 高频激光光源和控制器26-27
• 3.5 闭环激励源控制器主板研制27-30
• 3.5.1 控制器主板结构27-28
• 3.5.2 控制器的时序控制28-29
• 3.5.3 同步信号噪声处理29-30
• 3.6 消杂散光的设计30-33
• 3.6.1 一次反射杂散光消除31-32
• 3.6.2 二次反射杂散光消除32-33
• 3.7 光斑亮度和尺寸的设计33-37
• 3.7.1 光斑亮度的设计33-35
• 3.7.2 光斑尺寸的设计35-37
• 3.8 数据交换和时序控制的设计37-42
• 3.8.1 模拟器与动力学计算机之间的接口形式38-39
• 3.8.2 试验准备阶段的通信协议39-40
• 3.8.3 测试仿真阶段的通信协议40-42
• 3.9 电气系统可靠性和安全性设计42
• 3.9.1 设备的可靠性设计42
• 3.9.2 设备的安全性设计42
• 3.10 本章小结42-43
• 第4章 动态视觉敏感器闭环激励源的算法设计与实现43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 空间光调制器到敏感器的坐标映射标定43-49
• 4.2.1 畸变校正模型求解44-47
• 4.2.2 畸变校正过程47-49
• 4.3 目标标志位置计算49-51
• 4.4 目标图像亮度分析51-54
• 4.5 算法模拟实验54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 动态视觉敏感器闭环激励源软件设计与实现57-66
• 5.1 引言57
• 5.2 控制软件的功能设计57
• 5.3 闭环激励源校准程序57-58
• 5.4 激光器控制程序58-59
• 5.5 动态模拟器主程序59-62
• 5.5.1 动态模拟主程序模块构成59-60
• 5.5.2 动态模拟主程序的实现60-62
• 5.6 动态模拟器实验测试62-65
• 5.6.1 动态模拟器的系统安装62-63
• 5.6.2 动态模拟器的整体测试和性能分析63-65
• 5.7 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71

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本文编号：529015