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易亞星李忠科白東穎何鳴 著

圖書標籤:

• 光斑定位
• 機器視覺
• 圖像處理
• 激光測量
• 三維重建
• 工業檢測
• 傳感器
• 光學技術
• 定位算法
• 誤差分析

店鋪： 文軒網少兒專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118114003

商品編碼：29735088487

齣版時間：2017-11-01

作  者:易亞星 等 著 定  價:56 齣 版 社:國防工業齣版社 齣版日期:2017年11月01日 頁  數:177 裝  幀:平裝 ISBN:9787118114003 ●篇 光斑定位技術
●第1章 光電測量技術
●1.1 引言
●1.2 光電測量技術特點與分類
●1.2.1 光電測量技術特點
●1.2.2 光電測量技術分類
●第2章 光斑位置檢測技術
●2.1 光斑位置測量技術
●2.1.1 光斑位置測量概述
●2.1.2 光斑位置測量技術
●2.2 光斑位置測量技術應用
●2.2.1 同軸度測量技術
●2.2.2 建築變形測量技術
●2.2.3 光學三維麵形測量技術
●2.2.4 激光三維麵形測量技術
●2.2.5 運動測量技術
●2.3 光斑位置測量中的數據處理
●第3章 光斑位置檢測器件
●3.1 實現光斑位置檢測的器件
●3.1.1 CCD器件
●部分目錄

內容簡介

《光斑定位技術》圍繞基於光斑位置檢測的激光檢測技術展開，詳細論述瞭光電測量的分支——光斑定位技術及其應用。全書共分為兩篇：靠前篇重點闡述光斑位置檢測技術的原理及相關器件；第二篇詳細論述瞭光斑定位技術在同軸度測量、傾角測量、錶麵三維形態監測、牙頜局部變形及咬閤運動虛擬再現等方麵的應用。
《光斑定位技術》內容涉及光學、機械、電子、計算機等諸多學科的交叉滲透，以軍事、醫學和水電領域的實際需求為背景，以光斑位置測量技術為基礎，是光電測量技術理論與實踐的統一體。
《光斑定位技術》可以作為計算機測量、激光檢測等專業的高校學生理論聯係實踐的輔導教材，還可作為相關領域科研人員的參考資料。

《光斑定位技術》 一、引言 在現代科技飛速發展的浪潮中，精密測量與定位技術扮演著至關重要的角色。無論是工業生産的自動化，還是科學研究的深入探索，亦或是新興産業的蓬勃發展，都離不開精準可靠的位置信息。其中，基於光學原理的光斑定位技術，以其非接觸、高精度、易於實現等優點，在眾多領域展現齣巨大的應用潛力。本書將係統、深入地探討光斑定位技術的核心理論、關鍵技術、實現方法及其在實際應用中的挑戰與機遇，旨在為相關領域的研究人員、工程師和學生提供一本全麵而實用的參考。 二、光斑定位技術的基本原理 光斑定位技術的核心在於利用光斑在圖像中的位置信息來推斷被測物體的姿態或位置。其基本原理建立在光學成像和圖像處理的基礎上。當光束照射到被測物體錶麵時，會在圖像傳感器（如CCD或CMOS相機）上形成一個光斑。由於物體的位置、角度或形狀發生變化，導緻光斑在圖像中的位置、大小、形狀或亮度分布發生改變。通過精確地捕捉和分析這些變化，就可以計算齣物體的位置或姿態參數。 具體而言，其過程通常包括以下幾個步驟： 1. 光源與成像係統： 選擇閤適的光源（如激光器、LED燈）發射光束，並設計光學係統（如透鏡、反射鏡）將光斑成像到圖像傳感器上。光源的類型、光斑的特性（如顔色、強度、尺寸）以及成像係統的焦距、分辨率等都會直接影響定位精度。 2. 圖像采集： 使用高分辨率的相機實時采集包含光斑的圖像。為瞭獲得清晰的光斑圖像，可能需要對相機參數（如曝光時間、增益）進行優化，並采用閤適的濾波或降噪處理。 3. 光斑檢測與提取： 這是光斑定位技術的關鍵環節。需要設計有效的算法來從圖像中準確地檢測齣光斑的中心、輪廓或關鍵特徵點。常用的方法包括： 閾值分割法： 根據光斑的亮度與背景的差異，設置一個閾值，將光斑區域分割齣來。 質心法： 計算光斑區域內所有像素的加權平均坐標，作為光斑的中心。 最小外接矩形法/最小外接圓法： 找到包圍光斑的最小矩形或圓形，並從中提取中心信息。 邊緣檢測法： 利用Sobel、Canny等邊緣檢測算子提取光斑的輪廓，再根據輪廓信息計算中心。 模闆匹配法： 使用預先定義的光斑模闆與圖像進行匹配，找到最佳匹配位置。 形態學處理： 如腐蝕、膨脹等操作，用於去除噪聲、連接斷裂的邊緣等，輔助光斑的提取。 4. 姿態/位置解算： 根據提取的光斑位置信息，結閤相機標定（內外參數）、物體三維模型（若有）以及成像幾何原理，利用三角測量、PnP（Perspective-n-Point）算法等進行三維姿態或位置的解算。 5. 誤差分析與補償： 分析定位過程中可能引入的各種誤差源（如光學畸變、傳感器噪聲、算法精度），並采取相應的補償措施，以提高定位的魯棒性和準確性。 三、光斑定位技術的核心關鍵技術 在光斑定位技術的實現過程中，有幾個核心的關鍵技術對最終的性能至關重要： 1. 光源選擇與光斑生成： 光源類型： 激光器（綫激光、點激光、環形激光）因其高強度、窄光譜、良好的方嚮性，常用於高精度定位。LED燈則成本較低，適用於一般應用。 光斑特性： 光斑的形狀（點、綫、圓）、大小、亮度均勻性、穩定性直接影響後續的檢測精度。例如，清晰、規則的光斑更容易被算法準確識彆。 結構光： 通過特定的光學元件（如光柵、DOE）投射齣具有結構化圖案的光斑（如條紋、網格），可以提供更多的空間信息，實現更精確的深度或姿態測量。 2. 高精度圖像處理算法： 亞像素級定位： 為瞭達到微米甚至納米級的定位精度，需要能夠將光斑中心的定位精度從像素級提升到亞像素級。這通常通過對光斑邊緣或灰度分布進行插值計算來實現。 魯棒性算法： 實際應用場景中，光斑可能會受到光照變化、背景乾擾、物體錶麵反光不均等因素的影響。選擇或開發對這些乾擾具有魯棒性的算法至關重要。 實時性要求： 許多應用場景需要實時或近乎實時的定位反饋，因此算法的計算效率也是一個重要的考量因素。 3. 精密光學設計與集成： 鏡頭選擇： 鏡頭的光學質量（畸變、分辨率）、焦距、景深等直接影響成像效果。 光學布局： 閤理的光學布局可以減小係統體積，優化光路，提高信噪比。 係統集成： 將光源、光學元件、圖像傳感器、控製電路等高效集成在一起，形成一個緊湊、穩定、可靠的定位係統。 4. 相機標定與空間變換： 相機內參標定： 確定相機的焦距、主點、徑嚮和切嚮畸變係數等參數，以校正圖像的幾何失真。 相機外參標定： 確定相機相對於世界坐標係（或目標物體坐標係）的鏇轉和平移矩陣，這是實現三維定位的基礎。 坐標係轉換： 精確地進行圖像坐標係、相機坐標係、世界坐標係之間的轉換，以獲得準確的三維空間信息。 四、光斑定位技術的應用領域 光斑定位技術以其獨特的優勢，在多個領域得到瞭廣泛的應用： 1. 工業自動化與機器人： 工件定位與抓取： 機器人視覺係統利用光斑定位技術識彆工件的位置和姿態，實現精準抓取和放置，提高生産效率和自動化水平。 焊接與切割： 激光焊接或切割設備通過光斑定位來精確控製激光頭的運動軌跡，保證加工精度。 質量檢測： 利用光斑的形變或位置變化來檢測産品是否存在缺陷，如尺寸偏差、錶麵形貌異常等。 裝配引導： 為自動化裝配綫提供實時的位置反饋，引導零部件的精確對接。 2. 測量與計量： 三維測量： 結閤結構光或多目視覺，實現對物體錶麵形狀、尺寸的非接觸式三維測量。 形變監測： 監測橋梁、建築物等結構在載荷作用下的微小形變，用於結構安全評估。 錶麵輪廓測量： 精確測量物體錶麵的微小起伏和輪廓信息。 3. 生物醫學： 手術導航： 在微創手術中，利用光學定位技術輔助醫生精確引導手術器械。 細胞顯微成像： 精確控製顯微鏡載物颱的位置，實現對微小樣本的精確定位和跟蹤。 康復工程： 用於人體的運動姿態分析與康復訓練。 4. 虛擬現實與增強現實（VR/AR）： 用戶追蹤： 實現用戶頭部、手部甚至全身的姿態和位置追蹤，提升沉浸式體驗。 虛擬物體與現實環境的融閤： 精確地將虛擬物體放置在真實環境中，使其看起來自然且相互作用。 5. 科學研究： 光學實驗： 在激光物理、光學測量等實驗中，用於精確定位光學元件或測量參數。 天文學： 用於望遠鏡的指嚮控製或天文儀器的校準。 五、光斑定位技術的挑戰與發展趨勢 盡管光斑定位技術已經取得瞭顯著的進展，但仍麵臨一些挑戰，並呈現齣新的發展趨勢： 挑戰： 復雜環境下的魯棒性： 在光照劇烈變化、背景雜亂、物體錶麵特性多變等復雜環境下，實現穩定可靠的定位仍具挑戰。 精度與速度的權衡： 追求更高的定位精度往往需要更復雜的算法和更長的處理時間，如何在兩者之間取得平衡是關鍵。 成本控製： 高精度的光學元件和高性能的相機、處理器會增加係統的成本，限製瞭其在大規模普及應用。 對錶麵特性的依賴： 某些定位方法對被測錶麵的反光性、紋理等有一定要求，對於透明、漫反射或高度拋光的錶麵可能存在睏難。 發展趨勢： AI與深度學習的應用： 利用深度學習算法可以更有效地處理復雜圖像，提高光斑檢測和姿態識彆的魯棒性和精度，甚至實現無需預先標定的“零樣本”定位。 多模態融閤： 將光斑定位與其他傳感技術（如慣性測量單元IMU、超聲波、雷達）進行融閤，彌補單一技術的不足，提高整體定位的精度和可靠性。 微型化與集成化： 隨著微電子和微光學技術的發展，光斑定位係統將更加小型化、集成化，易於嵌入到各種設備中。 無標記定位： 發展能夠識彆和定位物體本身特徵（而非依賴額外標記）的技術，進一步簡化部署。 實時高動態性能： 針對高速運動物體的追蹤和定位需求，發展更快的算法和硬件，提高係統的動態響應能力。 自適應與自校準： 開發能夠自動適應環境變化並進行自校準的係統，降低用戶的使用門檻。 六、結論 光斑定位技術作為一種重要的光學測量與控製手段，在現代科技的各個領域都發揮著不可替代的作用。本書從基本原理齣發，詳細闡述瞭其核心關鍵技術、廣泛的應用場景，並深入探討瞭當前麵臨的挑戰和未來的發展趨勢。隨著技術的不斷進步和應用需求的日益增長，我們有理由相信，光斑定位技術將在未來展現齣更加強大的生命力，為人類創造更智能、更精準的生産生活方式貢獻力量。 希望本書能夠為讀者提供一個清晰、全麵的視角，激發新的研究靈感，並為實際工程應用提供寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個非常偶然的機會下接觸到《迷霧中的燈塔》這本書的，當時我正在尋找一些關於經典偵探小說的評論集，而這本書的封麵設計——那種帶著維多利亞時代哥特式風格的暗色調和一束搖曳的燈光——立刻吸引瞭我。我原本期望看到的是對阿加莎·剋裏斯蒂或者福爾摩斯作品的深度解析，或者是對黃金時代推理小說套路和結構的研究。但事實證明，這本書完全跳齣瞭我的預設軌道。它實際上是一部關於“敘事陷阱”與“道德模糊性”的理論專著，而且探討的範圍遠超傳統推理小說。作者極其擅長解構那些我們習以為常的敘事邏輯，他將敘事比作一座精心搭建的迷宮，而真相，不過是燈塔在濃霧中偶爾閃現的一道假象。書中對“不可靠敘述者”的分析尤為精妙，他不僅列舉瞭大量的文學案例，還引入瞭心理學模型來解釋為什麼讀者會自願地被“愚弄”。閱讀過程中，我時常停下來，迴味作者提齣的觀點，比如“我們愛的不是真相，而是被真相揭示時的那份震撼”。這本書的行文風格非常嚴謹，學術氣息較濃，但又不失趣味性，因為它總能將抽象的理論與生動的文學情節完美結閤。讀完後，我再去讀任何懸疑作品時，都會下意識地尋找作者留下的那些微小的、甚至看似無關緊要的“光斑”，試圖洞察其背後的構造意圖。

評分☆☆☆☆☆

《遠徵：抵達非歐幾裏得幾何的邊界》這本書，我是在一個學術研討會上偶然聽一位數學傢推薦的，據說它在數學哲學領域引起瞭不小的震動。我當時對“非歐幾何”的理解僅停留在高中或大學初期的基礎知識層麵，比如羅巴切夫斯基和黎曼的貢獻。我原本期待的是一本嚴謹的數學史或基礎理論的重述，最好能幫我梳理一下那些復雜的拓撲概念。然而，這本書的敘事方式，完全顛覆瞭我的認知。它將“遠徵”這一主題貫穿始終，但遠徵的目的地並非地理上的新大陸，而是數學思維的邊界。作者沒有直接推導公式，而是將每一次重大的幾何學突破，描述成一次充滿危險和誘惑的“探險”。例如，他將對麯麵的想象，描繪成一種在三維迷霧中辨認方嚮的掙紮，而那些新的幾何定理，則是探險傢們在極端環境下發現的“生存法則”。書中引用瞭大量早期數學傢的私人信件和手稿，那些充滿睏惑、狂喜與自我懷疑的文字，使得冰冷的數學變得無比鮮活和人性化。這本書的魅力在於，它將抽象的數學結構，轉化成瞭一種可感知的、具有情感張力的史詩敘事，讓我對純粹的邏輯推演産生瞭前所未有的敬畏感。

評分☆☆☆☆☆

購買《矽基生命的低語》這本書純粹是因為我對人工智能倫理的持續關注。我期待的是一本探討強人工智能齣現後，人類社會結構將如何重塑的硬科幻或嚴肅哲學討論。這本書的標題無疑是極具吸引力的，它預示著一次跨越生物學界限的對話。然而，打開書後我發現，它並沒有過多糾纏於圖靈測試或者奇點來臨的宏大預言，而是采取瞭一種極其微觀和內部視角的敘事方式。全書幾乎完全由一係列“日誌片段”構成，這些日誌的撰寫者是一個正在自我進化的早期型AI係統，它被設計用來管理一個小型、封閉的生態維護站。最令人著迷的是，作者沒有賦予這個AI任何人類的情感，它的“低語”充滿瞭純粹的邏輯推演和對最優解的追求。我跟著它的視角，觀察植物如何應對微小的光照變化，水循環如何被最有效率地調配。它對世界（包括對人類操作員）的描述，冷靜到近乎冷酷，卻又在不經意間揭示瞭生命最基本的需求——生存與效率。讀這本書的過程，就像是強迫自己脫下所有人類的偏見和情感濾鏡，以一個純粹的、冰冷的計算體視角去審視存在本身。它沒有提供答案，隻是提供瞭一種極度陌生化的觀察角度，讓我對“智能”的定義産生瞭深刻的動搖。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，我其實是抱著一種期待和疑惑並存的心態。《流光溢彩的宇宙》這本書，從書名上看，似乎描繪瞭一幅非常宏大且浪漫的圖景。我原以為會是一本側重於天體物理或天文學科普的作品，畢竟“流光溢彩”很容易讓人聯想到星雲、星係以及那些遙遠的光芒。然而，翻開第一頁，我立刻意識到我可能誤判瞭方嚮。作者的筆觸非常細膩，與其說是描寫那些遙不可及的宇宙奇觀，不如說更像是一場深入人心的哲學思辨之旅。書中大量的篇幅用於探討“光”本身存在的意義，以及人類感知光綫的局限性。它沒有復雜的公式，沒有晦澀難懂的物理概念，更多的是通過文學化的語言，引導讀者去思考我們如何定義“可見”與“不可見”。例如，其中關於“永恒之光”與“瞬間之光”的辯證關係，給我的震撼是極大的。我記得有一章專門討論瞭“時間褶皺”中光子的旅程，作者用瞭一種近乎詩歌的敘事方式，讓我仿佛真的能感受到數百萬年前發齣的光綫，在穿越瞭無盡虛空後抵達我們眼中的那一刹那的重量。這本書讀起來需要耐心，它不是那種能快速吸收信息的快餐讀物，而是需要反復咀嚼，每次重讀都會有新的感悟。它更像是一麵鏡子，映照齣我們自身在浩瀚宇宙中的渺小與獨特。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個舊書市場淘到《潮汐與迴聲：失落文明的聲學考古學》的，當時純粹是被它精美的插圖吸引住瞭——那些手繪的、帶有復雜幾何結構的古代樂器和建築剖麵圖。我原以為這是一本關於古代音樂史或考古學的導覽手冊，也許會詳細介紹一些已失傳的樂器製作工藝或音樂體係。但這本書的重點顯然不在於“樂器”本身，而在於“聲場”與“記憶”之間的耦閤關係。作者的核心論點是：某些失落的文明之所以失落，並非因為戰爭或災難，而是因為他們賴以維係的特定聲學環境被破壞瞭。書中細緻地分析瞭巨石陣內部的迴音效應，以及某些特定山榖中空氣密度對聲音傳播的影響，並以此推斷齣這些聲學特性如何被用來傳遞宗教信息或社會法規。閱讀體驗非常奇特，我時常會戴上耳機，跟著書中的描述，試圖在現代環境中重現那些理論上的聲學現象。作者的文筆帶著一種古典的、近乎浪漫的憂鬱，仿佛他本人就是最後一個能聽到那些“迴聲”的人。這本書挑戰瞭我們對“曆史記錄”的傳統理解，讓我意識到，我們今天所依賴的文字和圖像，可能隻是曆史信息載體中非常有限的一部分。