● 摘要
近年来结构光视觉测量之所以得到广泛应用是因为它具有视觉图像易处理、测量精度高和处理快等特点。传统结构光视觉测量系统一般采用一台工业相机和激光器组成视觉传感器，其图像处理和三维重构均由计算机完成。因此系统的开发工作繁琐、成本高、通用性差、往往需要现场标定，且不利于维护和使用。传统结构光视觉测量系统无法满足小型化、集成化、低功耗、低成本、便携的需求。为解决上述问题，论文针对小型化结构光视觉传感器关键技术进行研究，完成的主要工作包括：
(1) 小型化结构光视觉传感器方案设计。分析结构光视觉传感器模型，建立了小型化结构视觉传感器的测量模型；根据视觉测量系统的组成，提出小型化结构光视觉传感器的总体方案；依据总体方案的要求，给出了硬件和软件解决方案。
(2) CMOS图像传感器驱动设计。针对CMOS图像传感器（MLX75412），完成了时序驱动设计和驱动电路设计，并完成电路测试和图像采集实验，结果表明CMOS图像传感器能正常采集图像。
(3) 结构光视觉图像特征提取FPGA实现。提出了基于FPGA的动态光斑中心点和光条中心点亚像素提取并行流水线算法结构，实验结果表明，基于FPGA的动态光斑中心点亚像素提取时间为1.21ms，精度可达0.3个像素。基于FPGA的光条中心点并行算法提取时间为10.57ms，精度可达0.3个像素。
(4) 小型化结构光视觉传感器结构和上位机软件设计。设计了一种机械结构，并从视觉测量模型原理上分析了结构参数对测量精度的影响。同时，完成了上位机软件的设计，上位机软件通过网口可以接收到图像。