大尺寸物體測量方法國內外研究現狀

摘 要：隨著現代工業的發展，對測量要求越來越高，尤其是大尺寸的目標測量，一般要求其測量范圍大、測量精度高或者需要實現動態測量。文章針對大尺寸物體的尺寸測量問題，研究了國內外的發展現狀，對如今接觸式測量和非接觸式測量的技術做了簡單介紹，較詳盡地描述了非接觸式測量中的視覺測量。

關鍵詞：大尺寸；尺寸測量；視覺測量

1 概述

由于經濟的迅猛發展，現代化工業對大尺寸物體測量需求日益升高，例如鑄造行業、鋼鐵企業、船舶與航天企業等，大尺寸物體的測量逐漸成為國內外研究的熱點。如今國內外較傳統成熟的測量方法主要分為兩類，接觸式測量和非接觸式測量。主要包括計算機視覺測量技術、超聲波測量、激光測量、室內全球定位系統等測量技術。

2 國內外研究現狀

首先接觸式測量中，超聲波測量中接觸式測厚儀由主機和探頭兩部分組成，在被測物體內應用超聲波脈沖的反射原理進行[1]。該方法雖然成本較低但精度容易受影響，例如測量物體表面不光滑、環境溫度偏高等都容易影響測量精度。典型的接觸式測量還有三坐標測量機，測量時測量機的測頭接觸被測工件，系統自動記錄被測量點的三圍坐標信息，進而根據多個空間點坐標信息計算出被測物體幾何尺寸或者位置等[2]。該方法雖然精度較高但滿足不了實時性無法實現動態測量。激光跟蹤測量系統根據目鏡返回的光束來實現動態測量目標的距離[3]。該方法效率及成本都較高，并且激光也極易受周圍大氣溫度等的影響。

非接觸式測量有很多種，例如射線法、激光法、結構光測量法、視覺測量法、漏磁法等。文獻[4]應用了漏磁法，漏磁法對被測物體的材質要求較高，一般要求物體能夠被磁化。X射線本質上其實是一種電磁波，其對環境有較高的適應能力，文獻[5]便將射線法應用于鋼板尺寸的測量。國外研究領域，法國Mensi公司生產的掃描儀可以輕松實現被測物的三維重構，Mensi S25利用了平面三角法[6]。結構光三維測量方面如德國GOM公司的ATOS三維掃描儀為工業測量提供了一種非接觸式的三維光學測量。文獻[7]基于結構光光柵投影，利用傅里葉變換輪廓測定法來實現三維物體形狀的自動測量。測厚儀器的研究方面如德國 IMS 公司提供的X射線測厚儀是一種以X射線為載體的非接觸式厚度測量系統，在未接觸條件下對帶鋼的厚度完成測量，測量精度高達1‰。并且在全世界第一次成功地把軋機的厚度測量和速度測量系統緊湊地裝在一個測量框架上，厚度測量系統采用IMS公司單一通道X光測厚裝置，速度測量采用VLM 200 SD裝置，在許多軋機上成功使用[8]。CCD測寬方面如加拿大KELK公司的ACCUBAND系列測寬儀[9]性能較好，該儀表用兩個線陣CCD的攝像頭看帶鋼。帶鋼的每個邊緣都能被兩個攝像頭從不同的角度看到。用帶鋼邊緣在CCD陣列上的圖像和攝像頭到測量區域的幾何關系可以計算出兩個邊緣的橫向和垂直方向的位置，進而得出帶鋼寬度。

除此之外，非接觸式測量中視覺測量技術迅速發展和逐漸成熟，越來越普遍與受重視，它廣泛應用在航天、工業、軍事、醫療等各個行業。計算機視覺指的是利用攝像機等各種成像系統來代替人眼和大腦，需要對獲取的圖像做進一步處理，對獲取的目標進行識別等工作，最終使得計算機能夠像人一樣能夠觀察和識別各種物體。典型的計算機視覺測量技術主要包括雙目立體視覺、單目視覺以及基于結構光的視覺測量。基于雙目立體視覺的尺寸測量問題，對外形不規則的大尺寸物體測量十分有效，首先需要提取目標物體特征點，進一步特征點進行匹配，然后通過對三維點的重建來實現被測物體的尺寸測量[10]。Shinichi Goto[11]等提出了結合雙目立體視覺與運動視覺的一種三維測量方法，提高了三維視覺的測量精度。單目視覺測量領域中，一個相機所拍攝的一張圖像往往無法包含整個待測物體，此時需要多個攝像機拍攝多張圖像，終究屬于單目測量，但需要進一步將多副圖像拼接為一副完整圖像。1965年計算機圖形學創始人Ivan Suthutherland最先提出了全景圖像拼接這一課題。文獻[12]提出了基于投影的測量拼接方法，該方法利用基于隨機抽樣一致性算法，將不同區域的局部三維數據進行拼接，最終得到完整待測鋼板的三圍數據信息，進而測得物體尺寸。文獻[13]采用了一種基于坐標變換的拼接方法，將多幅有重疊部分的圖像變換到同一坐標系下實現圖像拼接，然后在拼接圖像上提取待測目標特征進而對其尺寸加以測量。

參考文獻

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作者簡介：韋飛云（1990，9-），女，漢，籍貫：河北滄州，碩士研究生，單位：沈陽理工大學信息科學與工程學院，計算機軟件與理論專業，研究方向：圖像處理與分析技術。