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易亚星李忠科白东颖何鸣 著

图书标签:

• 光斑定位
• 机器视觉
• 图像处理
• 激光测量
• 三维重建
• 工业检测
• 传感器
• 光学技术
• 定位算法
• 误差分析

店铺： 文轩网少儿专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118114003

商品编码：29735088487

出版时间：2017-11-01

作  者:易亚星 等 著 定  价:56 出 版 社:国防工业出版社 出版日期:2017年11月01日 页  数:177 装  帧:平装 ISBN:9787118114003 ●篇 光斑定位技术
●第1章 光电测量技术
●1.1 引言
●1.2 光电测量技术特点与分类
●1.2.1 光电测量技术特点
●1.2.2 光电测量技术分类
●第2章 光斑位置检测技术
●2.1 光斑位置测量技术
●2.1.1 光斑位置测量概述
●2.1.2 光斑位置测量技术
●2.2 光斑位置测量技术应用
●2.2.1 同轴度测量技术
●2.2.2 建筑变形测量技术
●2.2.3 光学三维面形测量技术
●2.2.4 激光三维面形测量技术
●2.2.5 运动测量技术
●2.3 光斑位置测量中的数据处理
●第3章 光斑位置检测器件
●3.1 实现光斑位置检测的器件
●3.1.1 CCD器件
●部分目录

内容简介

《光斑定位技术》围绕基于光斑位置检测的激光检测技术展开，详细论述了光电测量的分支——光斑定位技术及其应用。全书共分为两篇：靠前篇重点阐述光斑位置检测技术的原理及相关器件；第二篇详细论述了光斑定位技术在同轴度测量、倾角测量、表面三维形态监测、牙颌局部变形及咬合运动虚拟再现等方面的应用。
《光斑定位技术》内容涉及光学、机械、电子、计算机等诸多学科的交叉渗透，以军事、医学和水电领域的实际需求为背景，以光斑位置测量技术为基础，是光电测量技术理论与实践的统一体。
《光斑定位技术》可以作为计算机测量、激光检测等专业的高校学生理论联系实践的辅导教材，还可作为相关领域科研人员的参考资料。

《光斑定位技术》 一、引言 在现代科技飞速发展的浪潮中，精密测量与定位技术扮演着至关重要的角色。无论是工业生产的自动化，还是科学研究的深入探索，亦或是新兴产业的蓬勃发展，都离不开精准可靠的位置信息。其中，基于光学原理的光斑定位技术，以其非接触、高精度、易于实现等优点，在众多领域展现出巨大的应用潜力。本书将系统、深入地探讨光斑定位技术的核心理论、关键技术、实现方法及其在实际应用中的挑战与机遇，旨在为相关领域的研究人员、工程师和学生提供一本全面而实用的参考。 二、光斑定位技术的基本原理 光斑定位技术的核心在于利用光斑在图像中的位置信息来推断被测物体的姿态或位置。其基本原理建立在光学成像和图像处理的基础上。当光束照射到被测物体表面时，会在图像传感器（如CCD或CMOS相机）上形成一个光斑。由于物体的位置、角度或形状发生变化，导致光斑在图像中的位置、大小、形状或亮度分布发生改变。通过精确地捕捉和分析这些变化，就可以计算出物体的位置或姿态参数。 具体而言，其过程通常包括以下几个步骤： 1. 光源与成像系统： 选择合适的光源（如激光器、LED灯）发射光束，并设计光学系统（如透镜、反射镜）将光斑成像到图像传感器上。光源的类型、光斑的特性（如颜色、强度、尺寸）以及成像系统的焦距、分辨率等都会直接影响定位精度。 2. 图像采集： 使用高分辨率的相机实时采集包含光斑的图像。为了获得清晰的光斑图像，可能需要对相机参数（如曝光时间、增益）进行优化，并采用合适的滤波或降噪处理。 3. 光斑检测与提取： 这是光斑定位技术的关键环节。需要设计有效的算法来从图像中准确地检测出光斑的中心、轮廓或关键特征点。常用的方法包括： 阈值分割法： 根据光斑的亮度与背景的差异，设置一个阈值，将光斑区域分割出来。 质心法： 计算光斑区域内所有像素的加权平均坐标，作为光斑的中心。 最小外接矩形法/最小外接圆法： 找到包围光斑的最小矩形或圆形，并从中提取中心信息。 边缘检测法： 利用Sobel、Canny等边缘检测算子提取光斑的轮廓，再根据轮廓信息计算中心。 模板匹配法： 使用预先定义的光斑模板与图像进行匹配，找到最佳匹配位置。 形态学处理： 如腐蚀、膨胀等操作，用于去除噪声、连接断裂的边缘等，辅助光斑的提取。 4. 姿态/位置解算： 根据提取的光斑位置信息，结合相机标定（内外参数）、物体三维模型（若有）以及成像几何原理，利用三角测量、PnP（Perspective-n-Point）算法等进行三维姿态或位置的解算。 5. 误差分析与补偿： 分析定位过程中可能引入的各种误差源（如光学畸变、传感器噪声、算法精度），并采取相应的补偿措施，以提高定位的鲁棒性和准确性。 三、光斑定位技术的核心关键技术 在光斑定位技术的实现过程中，有几个核心的关键技术对最终的性能至关重要： 1. 光源选择与光斑生成： 光源类型： 激光器（线激光、点激光、环形激光）因其高强度、窄光谱、良好的方向性，常用于高精度定位。LED灯则成本较低，适用于一般应用。 光斑特性： 光斑的形状（点、线、圆）、大小、亮度均匀性、稳定性直接影响后续的检测精度。例如，清晰、规则的光斑更容易被算法准确识别。 结构光： 通过特定的光学元件（如光栅、DOE）投射出具有结构化图案的光斑（如条纹、网格），可以提供更多的空间信息，实现更精确的深度或姿态测量。 2. 高精度图像处理算法： 亚像素级定位： 为了达到微米甚至纳米级的定位精度，需要能够将光斑中心的定位精度从像素级提升到亚像素级。这通常通过对光斑边缘或灰度分布进行插值计算来实现。 鲁棒性算法： 实际应用场景中，光斑可能会受到光照变化、背景干扰、物体表面反光不均等因素的影响。选择或开发对这些干扰具有鲁棒性的算法至关重要。 实时性要求： 许多应用场景需要实时或近乎实时的定位反馈，因此算法的计算效率也是一个重要的考量因素。 3. 精密光学设计与集成： 镜头选择： 镜头的光学质量（畸变、分辨率）、焦距、景深等直接影响成像效果。 光学布局： 合理的光学布局可以减小系统体积，优化光路，提高信噪比。 系统集成： 将光源、光学元件、图像传感器、控制电路等高效集成在一起，形成一个紧凑、稳定、可靠的定位系统。 4. 相机标定与空间变换： 相机内参标定： 确定相机的焦距、主点、径向和切向畸变系数等参数，以校正图像的几何失真。 相机外参标定： 确定相机相对于世界坐标系（或目标物体坐标系）的旋转和平移矩阵，这是实现三维定位的基础。 坐标系转换： 精确地进行图像坐标系、相机坐标系、世界坐标系之间的转换，以获得准确的三维空间信息。 四、光斑定位技术的应用领域 光斑定位技术以其独特的优势，在多个领域得到了广泛的应用： 1. 工业自动化与机器人： 工件定位与抓取： 机器人视觉系统利用光斑定位技术识别工件的位置和姿态，实现精准抓取和放置，提高生产效率和自动化水平。 焊接与切割： 激光焊接或切割设备通过光斑定位来精确控制激光头的运动轨迹，保证加工精度。 质量检测： 利用光斑的形变或位置变化来检测产品是否存在缺陷，如尺寸偏差、表面形貌异常等。 装配引导： 为自动化装配线提供实时的位置反馈，引导零部件的精确对接。 2. 测量与计量： 三维测量： 结合结构光或多目视觉，实现对物体表面形状、尺寸的非接触式三维测量。 形变监测： 监测桥梁、建筑物等结构在载荷作用下的微小形变，用于结构安全评估。 表面轮廓测量： 精确测量物体表面的微小起伏和轮廓信息。 3. 生物医学： 手术导航： 在微创手术中，利用光学定位技术辅助医生精确引导手术器械。 细胞显微成像： 精确控制显微镜载物台的位置，实现对微小样本的精确定位和跟踪。 康复工程： 用于人体的运动姿态分析与康复训练。 4. 虚拟现实与增强现实（VR/AR）： 用户追踪： 实现用户头部、手部甚至全身的姿态和位置追踪，提升沉浸式体验。 虚拟物体与现实环境的融合： 精确地将虚拟物体放置在真实环境中，使其看起来自然且相互作用。 5. 科学研究： 光学实验： 在激光物理、光学测量等实验中，用于精确定位光学元件或测量参数。 天文学： 用于望远镜的指向控制或天文仪器的校准。 五、光斑定位技术的挑战与发展趋势 尽管光斑定位技术已经取得了显著的进展，但仍面临一些挑战，并呈现出新的发展趋势： 挑战： 复杂环境下的鲁棒性： 在光照剧烈变化、背景杂乱、物体表面特性多变等复杂环境下，实现稳定可靠的定位仍具挑战。 精度与速度的权衡： 追求更高的定位精度往往需要更复杂的算法和更长的处理时间，如何在两者之间取得平衡是关键。 成本控制： 高精度的光学元件和高性能的相机、处理器会增加系统的成本，限制了其在大规模普及应用。 对表面特性的依赖： 某些定位方法对被测表面的反光性、纹理等有一定要求，对于透明、漫反射或高度抛光的表面可能存在困难。 发展趋势： AI与深度学习的应用： 利用深度学习算法可以更有效地处理复杂图像，提高光斑检测和姿态识别的鲁棒性和精度，甚至实现无需预先标定的“零样本”定位。 多模态融合： 将光斑定位与其他传感技术（如惯性测量单元IMU、超声波、雷达）进行融合，弥补单一技术的不足，提高整体定位的精度和可靠性。 微型化与集成化： 随着微电子和微光学技术的发展，光斑定位系统将更加小型化、集成化，易于嵌入到各种设备中。 无标记定位： 发展能够识别和定位物体本身特征（而非依赖额外标记）的技术，进一步简化部署。 实时高动态性能： 针对高速运动物体的追踪和定位需求，发展更快的算法和硬件，提高系统的动态响应能力。 自适应与自校准： 开发能够自动适应环境变化并进行自校准的系统，降低用户的使用门槛。 六、结论 光斑定位技术作为一种重要的光学测量与控制手段，在现代科技的各个领域都发挥着不可替代的作用。本书从基本原理出发，详细阐述了其核心关键技术、广泛的应用场景，并深入探讨了当前面临的挑战和未来的发展趋势。随着技术的不断进步和应用需求的日益增长，我们有理由相信，光斑定位技术将在未来展现出更加强大的生命力，为人类创造更智能、更精准的生产生活方式贡献力量。 希望本书能够为读者提供一个清晰、全面的视角，激发新的研究灵感，并为实际工程应用提供宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个非常偶然的机会下接触到《迷雾中的灯塔》这本书的，当时我正在寻找一些关于经典侦探小说的评论集，而这本书的封面设计——那种带着维多利亚时代哥特式风格的暗色调和一束摇曳的灯光——立刻吸引了我。我原本期望看到的是对阿加莎·克里斯蒂或者福尔摩斯作品的深度解析，或者是对黄金时代推理小说套路和结构的研究。但事实证明，这本书完全跳出了我的预设轨道。它实际上是一部关于“叙事陷阱”与“道德模糊性”的理论专著，而且探讨的范围远超传统推理小说。作者极其擅长解构那些我们习以为常的叙事逻辑，他将叙事比作一座精心搭建的迷宫，而真相，不过是灯塔在浓雾中偶尔闪现的一道假象。书中对“不可靠叙述者”的分析尤为精妙，他不仅列举了大量的文学案例，还引入了心理学模型来解释为什么读者会自愿地被“愚弄”。阅读过程中，我时常停下来，回味作者提出的观点，比如“我们爱的不是真相，而是被真相揭示时的那份震撼”。这本书的行文风格非常严谨，学术气息较浓，但又不失趣味性，因为它总能将抽象的理论与生动的文学情节完美结合。读完后，我再去读任何悬疑作品时，都会下意识地寻找作者留下的那些微小的、甚至看似无关紧要的“光斑”，试图洞察其背后的构造意图。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，我其实是抱着一种期待和疑惑并存的心态。《流光溢彩的宇宙》这本书，从书名上看，似乎描绘了一幅非常宏大且浪漫的图景。我原以为会是一本侧重于天体物理或天文学科普的作品，毕竟“流光溢彩”很容易让人联想到星云、星系以及那些遥远的光芒。然而，翻开第一页，我立刻意识到我可能误判了方向。作者的笔触非常细腻，与其说是描写那些遥不可及的宇宙奇观，不如说更像是一场深入人心的哲学思辨之旅。书中大量的篇幅用于探讨“光”本身存在的意义，以及人类感知光线的局限性。它没有复杂的公式，没有晦涩难懂的物理概念，更多的是通过文学化的语言，引导读者去思考我们如何定义“可见”与“不可见”。例如，其中关于“永恒之光”与“瞬间之光”的辩证关系，给我的震撼是极大的。我记得有一章专门讨论了“时间褶皱”中光子的旅程，作者用了一种近乎诗歌的叙事方式，让我仿佛真的能感受到数百万年前发出的光线，在穿越了无尽虚空后抵达我们眼中的那一刹那的重量。这本书读起来需要耐心，它不是那种能快速吸收信息的快餐读物，而是需要反复咀嚼，每次重读都会有新的感悟。它更像是一面镜子，映照出我们自身在浩瀚宇宙中的渺小与独特。

评分☆☆☆☆☆

购买《硅基生命的低语》这本书纯粹是因为我对人工智能伦理的持续关注。我期待的是一本探讨强人工智能出现后，人类社会结构将如何重塑的硬科幻或严肃哲学讨论。这本书的标题无疑是极具吸引力的，它预示着一次跨越生物学界限的对话。然而，打开书后我发现，它并没有过多纠缠于图灵测试或者奇点来临的宏大预言，而是采取了一种极其微观和内部视角的叙事方式。全书几乎完全由一系列“日志片段”构成，这些日志的撰写者是一个正在自我进化的早期型AI系统，它被设计用来管理一个小型、封闭的生态维护站。最令人着迷的是，作者没有赋予这个AI任何人类的情感，它的“低语”充满了纯粹的逻辑推演和对最优解的追求。我跟着它的视角，观察植物如何应对微小的光照变化，水循环如何被最有效率地调配。它对世界（包括对人类操作员）的描述，冷静到近乎冷酷，却又在不经意间揭示了生命最基本的需求——生存与效率。读这本书的过程，就像是强迫自己脱下所有人类的偏见和情感滤镜，以一个纯粹的、冰冷的计算体视角去审视存在本身。它没有提供答案，只是提供了一种极度陌生化的观察角度，让我对“智能”的定义产生了深刻的动摇。

评分☆☆☆☆☆

《远征：抵达非欧几里得几何的边界》这本书，我是在一个学术研讨会上偶然听一位数学家推荐的，据说它在数学哲学领域引起了不小的震动。我当时对“非欧几何”的理解仅停留在高中或大学初期的基础知识层面，比如罗巴切夫斯基和黎曼的贡献。我原本期待的是一本严谨的数学史或基础理论的重述，最好能帮我梳理一下那些复杂的拓扑概念。然而，这本书的叙事方式，完全颠覆了我的认知。它将“远征”这一主题贯穿始终，但远征的目的地并非地理上的新大陆，而是数学思维的边界。作者没有直接推导公式，而是将每一次重大的几何学突破，描述成一次充满危险和诱惑的“探险”。例如，他将对曲面的想象，描绘成一种在三维迷雾中辨认方向的挣扎，而那些新的几何定理，则是探险家们在极端环境下发现的“生存法则”。书中引用了大量早期数学家的私人信件和手稿，那些充满困惑、狂喜与自我怀疑的文字，使得冰冷的数学变得无比鲜活和人性化。这本书的魅力在于，它将抽象的数学结构，转化成了一种可感知的、具有情感张力的史诗叙事，让我对纯粹的逻辑推演产生了前所未有的敬畏感。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个旧书市场淘到《潮汐与回声：失落文明的声学考古学》的，当时纯粹是被它精美的插图吸引住了——那些手绘的、带有复杂几何结构的古代乐器和建筑剖面图。我原以为这是一本关于古代音乐史或考古学的导览手册，也许会详细介绍一些已失传的乐器制作工艺或音乐体系。但这本书的重点显然不在于“乐器”本身，而在于“声场”与“记忆”之间的耦合关系。作者的核心论点是：某些失落的文明之所以失落，并非因为战争或灾难，而是因为他们赖以维系的特定声学环境被破坏了。书中细致地分析了巨石阵内部的回音效应，以及某些特定山谷中空气密度对声音传播的影响，并以此推断出这些声学特性如何被用来传递宗教信息或社会法规。阅读体验非常奇特，我时常会戴上耳机，跟着书中的描述，试图在现代环境中重现那些理论上的声学现象。作者的文笔带着一种古典的、近乎浪漫的忧郁，仿佛他本人就是最后一个能听到那些“回声”的人。这本书挑战了我们对“历史记录”的传统理解，让我意识到，我们今天所依赖的文字和图像，可能只是历史信息载体中非常有限的一部分。