高精度视觉空间定位是用途极为广泛的高新技术之一。可以应用于自动化装备及作业对象的位姿与运动轨迹检测，机电系统性能评估，测量误差模型，位置闭环控制，离线或在线遥操作，自动控制与运动规划，大型工程建筑的形变与振动检测等各种领域，因此研究具有良好环境适应性、高精度和响应快的视觉定位系统具有特别重要的意义。我们提出的基于多线阵相机PSD的空间定位系统技术研究，其主要目的是为争取FAST项目做预研。国际科学团体支持的准备在我国建设的大射电望远镜FAST（Five Hundred Meter Aperture Spherical Radio Telescope）建设项目中的馈元仓（天体无线信号接收天线的安装载体）位姿定位系统是该项目的关键技术。这类定位系统要求具有以下特点：1 实时性。为适应动态位姿闭环控制，要求定位系统能够实时提供目标物体的基于环境或参考系的位姿信息数据。2大范围。在大多数作业场合（移动机器人、水下空间无人遥操作系统、大型精密设备等）中，要求空间定位系统能够提供较大的位姿检测范围，以满足某些动态监控物体的大范围作业要求。3 高精度。位姿监控或反馈控制通常要求具有相应的测控精度，尤其应用于遥操作系统时（典型如机器人虚拟示教、监控作业等），执行机构与作业对象（或作业环境）间的位姿关系要求是十分准确的。4满足室外全天候作业条件。因此设计开发满足上述要求的空间定位系统具有非常大的难度。在结合全局定位和机器人系统标定技术的基础上，我们提出的基于多线阵相机PSD的空间定位技术方案更为先进实际。另外本文提出的空间定位系统还可以为需要位姿反馈控制的机器人或自动操作装置提供实时的作业位姿信息；为具有多自由度作业能力的自动化加工或制造装备进行动态性能测试。PSD(Position Sensing Detector)是一种具有特殊结构的光电二极管,它是一种新型的半导体位置信息连续输出探测器。 基于多线阵相机PSD的空间定位系统采用非平行观测面交汇定位原理。即使用三个正交分布的线阵PSD<WP=66>配合柱面镜头观测同一空间点时，可构成三个相交的空间平面，其交点就是该空间点。如果这三个平面方程可以确定，则该空间点的位置就可以计算出来。根据如上定位原理，基于PSD 的空间定位系统由信号光源(target)、测量头（3套）、信号处理电路（3块）、多路信号采集板、数据处理计算机等功能模块构成,系统结构框图如下所示：本文对各功能模块进行了合理的设计与分析，信号光源的设计包括两部分，一是球面(发光角为210度)的LED红外调制光源，信号源调制频率为(5M经128分频)39KHZ，能克服环境光强弱变化的影响，具有对环境光的强抗干扰能力。二是由多路开关、调制信号源和驱动电路构成的控制器，当系统采用多个LED光源时，该控制器接收系统时序控制命令，将各光源轮流选通。测量头是由线阵PSD、柱面镜头、前置放大器和机壳构成的红外光学相机，安装在可三维运动的云台上。云台用来调整相机视场空间的位置。相机接收的光信号经PSD转换成模拟电信号并通过前置放大送至信号处理模块。线阵PSD有两路输出，为了提高PSD位置信号的信噪比和幅度，我们采用信号处理模块对PSD各路输出信号分别进行放大、滤波、调制和整形等处理，使其产生稳定和足够幅度的模拟信号供位置检测。采用PCL－818L数据采集卡，<WP=67>对信号处理模块传递来的各路信号同时锁定，并进行A/D转换，转换后的信号经数字采样，记入数据处理存储区。系统标定是确定测量系统的初始状态参数，包括参考坐标系，测量装置与参考坐标系的坐标变换关系等。这些位置的相互关系，由摄像机的成像几何模型所决定。摄像机标定就是获得摄像机内部几何和光学特性即内部参数，以及摄像机在世界坐标系中的位置和方向即外部参数，建立适当的数学模型，快速计算摄像机的内外部参数的精确值。在本系统中，用空间样本点已知的世界坐标系坐标和采集到的投影点的图像坐标系坐标进行系统的标定；用标定好的矩阵对空间任意点进行实时定位。PSD是一种先进的光电位置器件，分辨率高、响应速度快，可以接收调制信号，可以实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测，但美中不足的是PSD本身的非线性、位置指示光源、环境背景光干扰、信号处理电路、镜头畸变等因素的影响使得整个器件的所测数据的置信度下降，影响测量精度。因此，本文进行误差分析，提出校正方法，实现高精度的测量。研究表明，利用多线阵PSD相机对目标点进行空间位置测量是可行的。由于信号采集处理基本是硬件实现，计算量很小，因此采样速度可以很高。同时由于系统分辨率可以很高，因而系统的测量精度主要与相机的观测角、信号处理电路的稳定性和线性度有关。当系统稳定性和线性度可以控制时，系统的位置测量精度可以满足许多应用领域的高精度位置检测要求。当观测物体安装有多个目标点时，可以通过分时采样技术计算其姿态。因此，不仅为争取FAST项目和其它重大项目提供了技术准备和理论依据，也可广泛地应用于多种领域的位姿测量和轨迹跟踪。