5. Проведение экспериментов

   1. Исследование точности на разных дистанциях

В ходе работы был проведен эксперимент по определению точности сканирующего лазерного дальномера. Во время эксперимента были измерены расстояния до целей расположенных в 2, 4 и 8 метрах от сканера [23]. До каждой цели было проведено 100 измерений.

Результаты измерений на дистанции 2 метра приведены на рисунке (Рисунок 40)

Рисунок 40 – Результаты измерений на дистанции 2 метра

Результаты измерений на дистанции 4 метра приведены на рисунке (Рисунок 41)

Рисунок 41 – Результаты измерений на дистанции 4 метра

Результаты измерений на дистанции 8 метра приведены на рисунке (Рисунок 42)

Рисунок 42 – Результаты измерений на дистанции 8 метров

Для эксперимента на 4 метрах было рассчитано среднеквадратичное отклонение:

, (27)

где – среднеквадратичное отклонение,– результат i-го измерения,– среднеарифметическое значение всех измерений.

(28)

Воспользовавшись значением среднеквадратичного отклонения можно построить график нормального распределения, который задается функцией плотности вероятности:

(29)

График распределения вероятности приведен на рисунке (Рисунок 43).

Рисунок 43 – Распределение вероятностей

По правилу 3ϭ погрешность измерений составляет ±9 см. Для повышения точности используется накопление и усреднение измерений. Точность увеличивается в (гдеn– количество измерений). В данной работе производится накопление 4 измерений и их усреднение, следовательно точность увеличивается в. И тогда погрешность измерений будет ровняться ±4,5 см, что составляет ±1,125% от 4 метров.

Так же в ходе исследования точности были проведены измерения на 12, 16, 20, 24, 28 и 30 метров. Аналогичным способом для них была определены погрешности измерений и построен график зависимости погрешности от измеряемого расстояния (Рисунок 44)

Рисунок 44 – График зависимости погрешности от измеряемого расстояния

На графике видно что погрешность измерений находится в пределах ±2 % от измеряемого расстояния.

2. Определение перемещения на основе анализа изображения полученного при сканировании

В ходе ВКР был проведен опыт по определению перемещения сканирующего лазерного дальномера. Схема проведения эксперимента приведена на рисунке (Рисунок 45).

Рисунок 45 – Схема проведения эксперимента

Сначала производится сканирование затем сканирующий лазерный дальномер перемещается на 50 см по оси Xи поворачивается на 20⁰. Массивы измерений каждого сканирования загружаются вMatlabи создаются 2 изображения по алгоритму описанному в главе 3.4.

Изображение первого скана приведена на рисунке (Рисунок 46).

Рисунок 46 – Изображение первого скана

Изображение второго скана приведена на рисунке (Рисунок 47)

Рисунок 47 – Изображение второго скана

После создания изображений выполняется программа обнаружения прямых линий и определения сдвига и поворота изображения по параметрам прямых линий. Блок-схема алгоритма программы приведена на рисунке (Рисунок 48).

Рисунок 48 – Алгоритм определения сдвига и поворота

Прямые линии на изображениях определяются при помощи преобразования Хафа.

Преобразование Хафа – алгоритм,численный метод, применяемый для извлечения элементов из изображения. Используется в анализе изображений, цифровой обработке изображений икомпьютерном зрении. Предназначен для поиска объектов, принадлежащих определённому классу фигур, с использованием процедуры голосования. Процедура голосования применяется к пространству параметров, из которого и получаются объекты определённого класса фигур полокальному максимумув так называемом накопительном пространстве, которое строится при вычислении трансформации Хафа.

Классический алгоритм преобразования Хафа связан с идентификацией прямых в изображении. Нормальное уравнение прямой имеет вид:

(30)

где ρ – длина радиус-вектора, проведенного из начала координат до прямой, θ – угол наклона радиус-вектора относительно оси абсцисс.

Накопительное пространство Хафа формируется параметрами ρ и θ.

Для каждого скана была проведена процедура преобразования Хафа. Код программы приведен в приложении (ПРИЛОЖЕНИЕ Б, Листинг 2).

Прямые найденные на первом изображении приведены на рисунке (Рисунок 49)

Рисунок 49 – Прямые обнаруженные на первом изображении

Изображение первого скана в накопительном пространстве Хафа приведена на рисунке (Рисунок 50).

Рисунок 50 – Первое изображение в накопительном пространстве Хафа

Прямые найденные на втором изображении приведены на рисунке (Рисунок 51).

Рисунок 51 – Прямые обнаруженные на втором изображении

Изображение второго скана в накопительном пространстве Хафа приведена на рисунке (Рисунок 52).

Рисунок 52 – Второе изображение в накопительном пространстве Хафа

Параметры прямых линий, найденные в среде Matlabприведены на рисунке (Рисунок 53).

Рисунок 53 – Параметры прямых линий

Выходными данными преобразования Хафа являются:

(31)

Полученные параметры прямых линий подставляются в формулы для вычисления сдвига изображения 2 оносительно изображения 1.

(32)

(33)

В формулах 32 и 33 вычисляются углы радиус-векторов точек пересечения прямых на сканах.

(34)

(35)

В формулах 34 и 35 вычисляются длины радиус-векторов точек пересечения прямых на сканах.

После определения точек пересечения прямых на сканах, определяются их сдвиги относительно друг друга по осям XиYс использованием формул:

(36)

(37)

Значения вычисленные по формулам 36 и 37 соответствуют перемещению сканирующего лазерного дальномера по осям XиY.

Угол поворота определяется по параметрам прямых и соответствует разности углов радиус-векторов проведенных из начала координат до прямых. Угол поворота вычисляется по формуле

(38)

Результаты вычислений в среде Matlabприведена на рисунке (Рисунок 54)

Рисунок 54 – Результаты вычисления перемещения в среде Matlab

В ходе эксперимента были определены сдвиги по осям и поворот сканирующего лазерного дальномера:

(39)

Результаты, полученные при вычислении перемещения, соответствуют, с некоторой погрешностью, схеме эксперимента приведенной на рисунке (Рисунок 55)

Рисунок 55 – Схема проведенного эксперимента