[发明专利]研究背景光对基于PSD的空间三维坐标测量影响的方法

说明书

本发明属于三维位置测量领域，特别涉及研究背景光对基于PSD的空间三维坐标测量影响的方法，是一种定量研究的方法。本发明针对现有背景光对基于PSD的三维测量影响研究的不足，通过搭建基于双PSD的空间三维坐标测量系统，对比基于双PSD的空间三维测量系统在不同背景光条件下测得的目标光点的坐标值与实际值的偏差，最终得出背景光对基于PSD的空间三维坐标测量的影响。本发明的方法具有搭建及使用过程简单、效率高和定量化等优点，为消除背景光对基于PSD的空间三维坐标测量影响提供了前提和基础，有利于空间三维位置的精确测量，具有实际应用价值。

技术领域

本发明属于三维位置测量领域，特别涉及研究背景光对基于PSD的空间三维坐标测量影响的方法，是一种定量研究的方法。

技术背景

目标三维位置测量在工业、航空航天、医疗、交通等领域有着巨大需求，特别是在工业过程监控、机器人自主行为规划、导弹跟踪定位、航天器交会对接、无人驾驶等方面有广泛的应用。随着光电子半导体器件的不断发展，利用光电传感器并结合视觉测量和图像处理技术来获取目标三维位置坐标成为典型的测量方法。位置敏感探测器(PositionSensitive Detector,PSD)是一种基于横向光电效应的半导体器件，它能够将照射在光敏面上的光斑位置信息转换成电流信号，具有位置分辨率高、响应速度快、信号处理电路相对简单、成本低等优点。利用PSD构成的光电位置检测系统，可直接测出目标的位置和动态位移，特别适合要求实时控制、快速显示反馈的测控现场。PSD工作时会受到入射光以外的其它背景光干扰，影响测量的精度和可靠性，为此在测量时必须研究背景光对位置精度的影响。

郑军等人在《基于双PSD的三维测量系统的标定方法》中提出了一种基于双PSD的三维测量方法。利用两个PSD从不同的角度捕获、跟踪激光点的方式来还原工件的三维信息，省去了传统双目视觉中的特征点识别和匹配部分，极大简化了三维测量模型。但文献并没有开展背景光对三维测量影响的研究。

吕爱民等人在《入射光强和背景光对二维光电位置敏感器件干扰的影响》中虽然研究了有背景光作用于光电位置敏感器件上位置输出的关系及背景光导致的位置误差，但并没有拓展到对空间三维坐标的测量。

当前并没有定量研究背景光对基于PSD的空间三维坐标测量的影响，而这是实现精确三维测量的前提和基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有背景光对基于PSD的三维测量影响研究的不足，提出一种定量研究背景光对基于PSD的空间三维坐标测量影响的方法。该方法通过搭建基于双PSD的视觉系统，对比基于双PSD的空间三维测量系统在不同背景光条件下测得的目标光点的坐标值与实际值的偏差，最终得出背景光对基于PSD的空间三维坐标测量的影响。

本发明采用的技术方案是：

一种研究背景光对基于PSD的空间三维坐标测量影响的方法，利用左右两个PSD对同一目标光点的测量数据还原目标光点的三维坐标，搭建基于双PSD的空间三维坐标测量系统，将目标光点置于三坐标测量机上，在不同背景光条件下，分别通过基于神经网络的空间三维坐标测量系统和三坐标测量机获得目标光点的三维坐标，并进行对比，得到基于双PSD的空间三维坐标测量系统在不同背景光条件下获得的目标光点的坐标值与实际值的偏差，最终确定背景光对基于PSD的空间三维坐标测量的影响，如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：搭建基于双PSD的空间三维坐标测量系统。此系统主要由红LED点光源(目标光点)、两个PSD相机、两个枕型PSD模块、PSD支架、两台信号处理器、数据采集卡和计算机组成，如图2所示。