仪器仪表学报

作者：路思意，贾菊，南卓江，陶卫，郑朝晖

单位：路思意,上海交通大学自动化与感知学院上海201100,,贾菊,上海季丰电子股份有限公司上海201100,,南卓江,上海交通大学自动化与感知学院上海201100,,陶卫,上海交通大学自动化与感知学院上海201100,taowei@sjtu.edu.cn,郑朝晖,上海季丰电子股份有限公司上海201100,

关键词：激光三角法;光照变化;反正切边缘模型;包络提取

基金：国家自然科学基金（52475562）项目资助

高精度光斑定位算法是保证激光三角位移传感器精度的关键环节,为了解决光照环境变化引起的激光光斑成像不稳定对传感器精度的影响问题,提出了一种基于反正切边缘模型拟合的光斑定位算法。首先采用双向差分对初始光斑信号进行包络提取,以去除底噪、散斑噪声及尖峰噪声等干扰。然后建立反正切边缘模型,通过对反正切函数进行对称移轴处理,得到符合光斑波形特征的拟合函数。为进一步提高拟合精度,推导了具有物理含义的拟合初始参数计算公式,建立了待拟合参数与光斑特征的关系。采用梯度算法提取包络波形的物理特征构建特征集合,由包络物理特征集计算出拟合初始参数,最后通过Levenberg-Marquardt法进行最小二乘拟合求解出待拟合参数,实现亚像素级光斑质心定位。在激光三角位移传感器中验证算法,实验结果表明：该算法在成像光斑呈现淹没、正常及过曝等细节特征缺失情况下,均可将单点测量重复性误差降低至0?04pixels,传感器全量程非线性误差降至0.02%。该算法通过对光斑强度分布进行数学拟合,降低了传感器对严苛成像条件的要求和激光器调节算法的依赖,且采用单帧处理实时性高，算法复杂性适中,适合高速高精度激光三角位移传感器集成开发。

来源：2025年第9期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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