自准直仪是一种利用光学自准直成像原理,用于小角度测量或者转化为小角度测量的精密测量仪器。目前广泛应用的光电自准直仪需要通过接口与专用上位机进行交互通信,以完成图像数据的处理和测量结果的显示。此外,由于其自身体积较大的原因,在空间狭小等一些特定的工作现场难以完成测量任务。因此有必要研制一种一体化的小型自准直仪。本文“小型化嵌入式二维自准直仪的研究”,在对自准直仪设计模型研究的基础上,分析因自准直仪小型化所造成的设计难点,提出运用高集成度嵌入式主控电路代替传统上位机的方法,结合摄远型光学系统,达到小型化的目的,工程样机的光机电控一体化结构尺寸不大于200mm × 120mm × 80mm。本文所做的具体工作主要有以下4个方面:1、采用CMOS图像传感器CMV4000作为光电转换器件,在FPGA硬件平台上完成CMV4000的驱动和LVDS高速通道输出数据的串并转换与自校准,通过乒乓操作完成了图像传感器4个数据通道的并行输出,实现了数据的流水线式处理和完整组合;2、设计了基于FPGA的高集成度嵌入式主控电路,实现了图像传感器的驱动控制、图像数据处理、失准角计算及数据显示等全部功能,整个系统不需要专用上位机,克服了小型化的难点;3、采用自适应曝光算法,电控系统将实时采集到的图像像元数据与灰度值阈值进行比较后,自动调节内部参数,对图像传感器的曝光时间进行控制,适应光能量的变化;4、采用分段线性标定法,分别计算视场范围内44× 44个线性网格的水平方向当量和垂直方向当量,对小型化嵌入式二维自准直仪进行标定。检测结果显示全量程误差不超过0.66",任意20"内测量误差不超过±0.5",完全满足技术指标的要求。