面阵CMOS图像传感器窄带滤波测速技术研究
发布时间：2024-01-11 07:34
窄带滤波测速系统采用具有明暗相间透射比结构的窄带滤波器,输出频率与被测目标运动速度成正比的周期信号,结合时钟信号,实现被测目标的速度和相对位移的测量。该系统不依赖于相干光源,稳定性好,结构简单,因此在远距、大空间范围、大尺寸的固体测速领域有着广阔的应用前景和价值。随着光电探测器像素阵列的光学间隔达到了微米级别,窄带滤波测速系统的测量精度大幅提高,因此该方法近些年来越来越受到重视,发展十分迅速。本论文根据“借助于具有随机分布图案的目标进行自主位移、速度以及相关衍生几何量测量”的要求,提出了以面阵CMOS图像传感器为窄带滤波器的测速方法。基于像素自由组合、灰度加权的原理,构建参数可调的新型窄带滤波器。通过理论、仿真和实验研究。论文的主要工作内容和成果如下:1、系统调研和分析了高精度位移、速度测量方法和相关产品;重点分析了窄带滤波测速方法中所采用的窄带滤波器件的种类、特性和发展趋势;综合比较之下,CMOS图像传感器在灵敏度、分辨率、商用程度(制造工艺简单、价格低廉)、信号采集读取速度和功耗等方面都具有显著的优势,因此确立了以CMOS图像传感器作为窄带滤波器件的研究方向。2、建立了窄带滤波测速...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 速度测量的重要意义
1.2 测速原理和产品发展现状
1.2.1 近端测速技术
1.2.2 远端测速技术
1.3 窄带滤波测速技术
1.3.1 窄带滤波测速技术发展历程
1.3.2 窄带滤波器
1.4 本论文研究的意义和主要内容
1.4.1 面阵图像传感器
1.4.2 论文的主要研究内容
1.5 本章小节
2 二维鉴向差分CMOS窄带滤波测速原理
2.1 一维窄带滤波测速原理
2.1.1 一维窄带滤波测速系统
2.1.2 空间域分析
2.1.3 空间频谱分析
2.1.4 窄带滤波器频谱分析
2.2 差分检波技术
2.3 运动方向鉴别技术
2.3.1 频移鉴向技术
2.3.2 相移鉴向技术
2.4 二维速度测量
2.4.1 光栅刻线的方向
2.4.2 二维速度测量
2.5 二维鉴向差分CMOS窄带滤波测速系统
2.6 本章小节
3 CMOS窄带滤波测速系统设计
3.1 窄带滤波器的频谱特性
3.1.1 中心频率偏离误差
3.1.2 频谱带宽
3.2 窄带周期对功率谱的影响
3.3 占空比对功率谱的影响
3.4 六类窄带滤波器的功率谱分析
3.4.1 矩形类正弦透射比窄带滤波器
3.4.2 矩形类矩形透射比窄带滤波器
3.4.3 圆形类正弦透射比窄带滤波器
3.4.4 圆形类矩形透射比窄带滤波器
3.4.5 高斯类正弦透射比窄带滤波器
3.4.6 高斯类矩形透射比的窄带滤波器
3.4.7 六类窄带滤波器的功率谱比较
3.5 窄带滤波器结构参数设计原则
3.5.1 窄带周期
3.5.2 窗口形状和透射函数
3.5.3 窄带滤波器的节距
3.6 测量目标的要求
3.6.1 最优被测目标模型
3.6.2 失效被测目标模型
3.6.3 微小颗粒目标
3.6.4 粗糙面目标
3.7 窄带滤波测速的性能参数
3.7.1 测速范围和线性度
3.7.2 分辨率分析
3.7.3 测速精度
3.8 系统仿真
3.8.1 系统结构仿真要求和建模方法
3.8.2 仿真程序设计
3.8.3 仿真运算及结果分析
3.9 本章小结
4 窄带滤波测速信号处理方法
4.1 窄带滤波测速信号类型
4.2 常用的信号处理方法
4.2.1 计数技术
4.2.2 相关分析
4.2.3 频谱分析
4.2.4 频率跟踪
4.3 窄带滤波测速信号的频谱计算方法仿真
4.3.1 快速傅里叶变换
4.3.2 自相关时域计数
4.3.3 自相关快速傅里叶变换
4.3.4 离散频谱比值频率校正
4.4 本章小节
5 面阵CMOS窄带滤波测速实验
5.1 一维位移测量
5.1.1 实验平台设计
5.1.2 人造随机图案
5.1.3 花纹水泥路面
5.2 二维位移测量
5.3 转动速度、位移测量
5.4 测量系统性能分析
5.4.1 测速范围
5.4.2 测量精度
5.5 本章小节
6 结论与展望
6.1 论文的主要工作
6.2 论文的创新点
6.3 展望
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
参考文献
本文编号：3877802
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 速度测量的重要意义
1.2 测速原理和产品发展现状
1.2.1 近端测速技术
1.2.2 远端测速技术
1.3 窄带滤波测速技术
1.3.1 窄带滤波测速技术发展历程
1.3.2 窄带滤波器
1.4 本论文研究的意义和主要内容
1.4.1 面阵图像传感器
1.4.2 论文的主要研究内容
1.5 本章小节
2 二维鉴向差分CMOS窄带滤波测速原理
2.1 一维窄带滤波测速原理
2.1.1 一维窄带滤波测速系统
2.1.2 空间域分析
2.1.3 空间频谱分析
2.1.4 窄带滤波器频谱分析
2.2 差分检波技术
2.3 运动方向鉴别技术
2.3.1 频移鉴向技术
2.3.2 相移鉴向技术
2.4 二维速度测量
2.4.1 光栅刻线的方向
2.4.2 二维速度测量
2.5 二维鉴向差分CMOS窄带滤波测速系统
2.6 本章小节
3 CMOS窄带滤波测速系统设计
3.1 窄带滤波器的频谱特性
3.1.1 中心频率偏离误差
3.1.2 频谱带宽
3.2 窄带周期对功率谱的影响
3.3 占空比对功率谱的影响
3.4 六类窄带滤波器的功率谱分析
3.4.1 矩形类正弦透射比窄带滤波器
3.4.2 矩形类矩形透射比窄带滤波器
3.4.3 圆形类正弦透射比窄带滤波器
3.4.4 圆形类矩形透射比窄带滤波器
3.4.5 高斯类正弦透射比窄带滤波器
3.4.6 高斯类矩形透射比的窄带滤波器
3.4.7 六类窄带滤波器的功率谱比较
3.5 窄带滤波器结构参数设计原则
3.5.1 窄带周期
3.5.2 窗口形状和透射函数
3.5.3 窄带滤波器的节距
3.6 测量目标的要求
3.6.1 最优被测目标模型
3.6.2 失效被测目标模型
3.6.3 微小颗粒目标
3.6.4 粗糙面目标
3.7 窄带滤波测速的性能参数
3.7.1 测速范围和线性度
3.7.2 分辨率分析
3.7.3 测速精度
3.8 系统仿真
3.8.1 系统结构仿真要求和建模方法
3.8.2 仿真程序设计
3.8.3 仿真运算及结果分析
3.9 本章小结
4 窄带滤波测速信号处理方法
4.1 窄带滤波测速信号类型
4.2 常用的信号处理方法
4.2.1 计数技术
4.2.2 相关分析
4.2.3 频谱分析
4.2.4 频率跟踪
4.3 窄带滤波测速信号的频谱计算方法仿真
4.3.1 快速傅里叶变换
4.3.2 自相关时域计数
4.3.3 自相关快速傅里叶变换
4.3.4 离散频谱比值频率校正
4.4 本章小节
5 面阵CMOS窄带滤波测速实验
5.1 一维位移测量
5.1.1 实验平台设计
5.1.2 人造随机图案
5.1.3 花纹水泥路面
5.2 二维位移测量
5.3 转动速度、位移测量
5.4 测量系统性能分析
5.4.1 测速范围
5.4.2 测量精度
5.5 本章小节
6 结论与展望
6.1 论文的主要工作
6.2 论文的创新点
6.3 展望
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
参考文献
本文编号：3877802
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3877802.html