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光电自准直仪是一种高精度的角度测量仪器,广泛应用于航空航天和高精密机械装配等领域。如今国际领先的高性能光电自准直仪的角度测量精度已经很高,但仍然无法突破视场和量程过小的局限,在使用前需要经过复杂的人工手动调节过程,不能适用于大型的自动化测量场合。为此,需要研究一种瞄准技术辅助自准直仪进行自动化的目标瞄准与角度测量。针对光电自准直仪的测量局限,本文结合目前小角度测量的研究现状,分析了一种基于单目视觉测量原理的瞄准技术。同时,深入阐述了传统视觉测量模型无法对成像虚化的目标体进行高精度的图像处理与空间结构参数解算的局限。首先,本文参考准直仪的平行测量光路,阐述了目标立方镜法线方向偏转角度和被立方镜反射回视觉瞄准系统的光强之间的关系。同时考虑视觉系统的空间组成结构和瞄准范围,分析了一种基于环形发散光照的瞄准测量模型,通过数学建模与仿真验证了该模型的参数曲线在全量程范围内具有极为稳定的双峰对称性,可以突破光学分辨和成像模糊的局限完成对目标立方镜法线偏角的测量。其次,在瞄准测量模型的基础上,本文对瞄准方案进行了详细的分析与硬件选型,并对其进行了机械结构的设计与组装;同时在Lab VIEW语言环境下,设计了一款视觉瞄准软件。此外,为了在视觉瞄准系统实时采集到的图像中获取与数学模型具有相似双峰对称性的目标特征参量,阐述了一种基于图像处理的目标区域最大拟合圆半径的特征提取算法;同时,详细设计了基于单轴摆动扫描的瞄准测量方法,通过转台控制视觉瞄准系统进行顺/逆时针的往复摆动旋转,在旋转过程中对采集到的图像进行实时的特征参数提取,根据双峰对称性质对特征点进行高效搜索和高精度捕获以实现对目标偏角的测算。最终,将完整瞄准测量算法嵌入到视觉瞄准系统,实现对目标立方镜法线方向偏角的自动化瞄准与对正,并最终将目标引入准直仪的量程之内。实验数据表明,在500mm至1500mm的工作距离内,该系统对目标立方镜法线方向的自动化扫描量程达到?10?,且瞄准精度优于?200’’,可以辅助自准直仪在大空间视场范围内对目标立方镜进行自动化的角度测量。