基于雙目視差的測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
時(shí)間:2016-03-22 16:17:36 來源：
摘 要:測距儀除應(yīng)用于軍事領(lǐng)域外,還廣泛適用于航道、郵電光纜和電力電纜鋪設(shè)等領(lǐng)域的距離測量和目標(biāo)方位 的確定。與紅外、超聲波等主動(dòng)式測距儀相比,本文所研究的基于雙目視差的測距儀是被動(dòng)式測距儀,不易暴露己方目標(biāo),精度高,安全性能高?；陔p目視差的測 距儀采用電路接收并處理被測物體經(jīng)兩路光路所成實(shí)像的微小差異,被測物體的距離與此微小差異成線性關(guān)系,可計(jì)算。本文還簡要討論了基于雙目視差的測距儀的 原理誤差、光學(xué)誤差、機(jī)械誤差、電路誤差等,并提出了減小這些誤差的方法。OPGW光纜
0 引 言
本文所研究的基于雙目視差原理的測距儀采用被動(dòng)式測距,具有體積小、重量輕、可測量300~8 000 m大范圍距離、精度高達(dá)1%、晶體管直接讀數(shù)、操作方便、不易暴露己方目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。OPGW光纜
1 工作原理
本文所研究的測距望遠(yuǎn)鏡利用雙目視差原理,用ccd接收相距臂長b的兩路光路對同一物體所成像,經(jīng)過arm作信號匹配得到微小像差x,利用此微 小像差與距離l之間的線性關(guān)系,得到所測物體的距離。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 光學(xué)設(shè)計(jì)
式(2)兩端對x微分,整理后得:
由式(3)可見:臂長b越長,相對誤差δl/l越小,精度越高;焦距f′越長,相對誤差δl/l越小,精度越高;被測距離l越大,相對誤差δl/l越大;ccd像素尺寸越小,相對誤差δl/l越小,精度越高。
儀器要求相對誤差δl/l=1%,測量范圍300 m≤l≤8 000 m。若設(shè)計(jì)臂長b=1 m,且系統(tǒng)采用tcd1501d型ccd為接收器件,像元大小7μm,有效像元個(gè)數(shù)5 000個(gè),有效長度35 mm。即7μm≤δx≤35 mm,同理x≤35 mm。取δx=7μm,l=10 000 m,b=1 m,δl/l=1%,代入式(3),得f′=7 000 mm。OPGW光纜
為了減小像差、球差、色差等,根據(jù)系統(tǒng)要求和實(shí)際產(chǎn)品,選用俄羅斯產(chǎn)魯比納爾300/4.5照相鏡頭和國產(chǎn)25mm攝像鏡頭。
2.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)
儀器外型為t字形,需要2組共4個(gè)鏡頭,每組鏡頭安裝在中空鋁管兩端,可通過螺紋微調(diào)距離,將2組鏡頭分別放置在橫臂的兩端,在第二個(gè)鏡頭之后,橫臂中部,各添加一面平面鏡轉(zhuǎn)折光路,以縮小儀器總體尺寸,方便測量。
2.3 電路部分設(shè)計(jì)框圖
在t字型縱臂底部調(diào)焦面上放置ccd來接收信號,信號經(jīng)過放大、a/d轉(zhuǎn)換等處理,在arm中進(jìn)行信號匹配,得出被測距離,然后通過數(shù)碼管顯示出來。
3 誤差分析
測距儀的誤差主要有原理誤差、光學(xué)誤差以及機(jī)械誤差。
(1)原理誤差
成像公式:
焦 距f′不變,物距即被測物體l變化,像距l(xiāng)′變化,接收器ccd放在固定位置,除過調(diào)焦面以外,其余距離物體所成的像都是一個(gè)彌散斑。彌散斑會(huì)使信號變得 模糊,頻譜變得平滑,造成匹配困難,產(chǎn)生誤差。減小原理誤差的方法是調(diào)焦時(shí)盡量對較遠(yuǎn)距離,即成像較小處調(diào)焦,將彌散斑/測量量控制在一定范圍內(nèi),本系統(tǒng) 測量范圍,在4 000 m處調(diào)焦。
(2)光學(xué)誤差
鏡頭本身有色差、球差等像差,對信號匹配產(chǎn)生影響。鏡頭本身的分辨率也會(huì)影響系統(tǒng)的分辨率。鏡頭上的污跡,會(huì)影響信號匹配,產(chǎn)生誤差。減小光學(xué)誤差的方法是盡量選取高質(zhì)量的鏡頭,保持鏡頭干凈無污跡。
(3)機(jī)械誤差
2個(gè)鏡頭之間,鏡頭與ccd之間由機(jī)械部分定位。兩鏡頭間定位不準(zhǔn),會(huì)影響系統(tǒng)焦距與分辨率;光學(xué)系統(tǒng)與ccd間定位不準(zhǔn),會(huì)影響彌散斑,彌散斑過大,會(huì)產(chǎn)生誤差。
經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),對鏡頭間距離和成像距離精確測量,機(jī)械部分組合時(shí)采取可微調(diào)的組合,一邊測量一邊調(diào)整,有助于減小機(jī)械誤差。調(diào)整完成后用膠水粘死,避免相對移位產(chǎn)生的誤差。
(4)電路誤差
雙目視差望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)采用2路電路來接收信號,由于放大電路放大倍率的細(xì)微差別,以及相同型號的不同芯片間的微小差異,2路信號在幅值、白噪聲等 方面有細(xì)微差別,在信號匹配時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。減小有電路部分造成的信號誤差,需要選擇高質(zhì)量、低噪聲的器件,使2路電路性質(zhì)盡可能相同。
4 結(jié) 論
應(yīng)用此測距儀在平行光管上做實(shí)驗(yàn),光學(xué)部分能夠達(dá)到精度要求,彌散斑也控制在誤差范圍之內(nèi)。
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