自准直仪作为一种微小角度测量仪器,在计量检定、航空航天、精密加工等领域起着非常重要的作用。传统的自准直仪测角精度较低、测量范围受限制,不能满足精密测量技术越来越高的要求。随着科技的发展,传感技术、视觉测量技术等在自准直仪中的应用,大大提高了仪器的测量精度、速度和可靠性。课题设计并研制视觉跟踪式自准直仪样机,并对影响其测量精度的关键技术进行分析和研究,设计并编写自准直像视觉测量软件,实现对反射镜微小偏转角度的高精度测量。该系统精度高、稳定性好、使用方便,具有良好的可靠性,有效地解决了传统自准直仪精度较低等不足。视觉跟踪式自准直系统选择高亮度LED作为光源,采用十字型分划板,选择CMOS图像传感器作为光电探测器,以PC机为处理平台,通过高分辨率的CMOS工业相机实时采集自准直像,通过USB接口传送给PC机进行处理。基于Visual C++6.0平台开发自准直像视觉测量软件,设计图像处理算法实现对自准直像的跟踪测量并计算反射镜偏转角度,将测量结果在平台界面实时显示。课题的重点是视觉测量软件的设计。软件设计了层次化的结构,并采用模块化的方法实现。软件分为驱动配置层、图像采集层、算法实现层和人机交互层,其中每一层级又由若干个模块组成,便于对软件进行调试、扩展和升级。其中的图像处理层直接决定了系统的精度,根据自准直像特点和测量要求选择了合适的图像滤波、阈值分割、边缘检测等算法,并根据图像特点对其中的某些算法进行改进。软件还采用多线程技术提高了系统的测量速度和可靠性。实验结果表明,该视觉跟踪式自准直系统能够完成对反射镜微小偏转角度的实时测量,通过对其进行线性度、稳定性、重复性等实验可知,样机的测角分辨率为0.1′′,测量范围为±3 00′′×±3 00′′,测量范围内最大非线性误差为0.3′′,漂移为0.5′′/ 4h。