數(shù)字圖像處理在距離測量中的應用

張坤平

摘要：為避免距離測量中的一些誤差，例如，測量的時候由于物理屬性、環(huán)境影響、人為造成的誤差等等，運用現(xiàn)代的數(shù)字圖像相關處理技術以及視覺測量，二者相結合，用非接觸式的測量方式進行距離的測量。建立起圖像采集相關系統(tǒng)，運用專業(yè)的編程工序對采集的圖像的邊緣進行檢測，將所得邊緣線像素的差值代入測量距離的公式求值。所得值證明，這種測量方法的最終結果和實際數(shù)值一致，證明了數(shù)字圖像的相關處理技術在距離測量中精確性。

關鍵詞：距離測量 數(shù)字圖像技術 邊緣檢測 專業(yè)集成編序

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

科技發(fā)展日新月異，測量方法和檢測技術也相應有了很大程度的革新，尤其是非接觸式的測量逐漸在實際測量工作中得以普及，電磁技術和光電技術是該測量技術的基礎，非接觸式測量僅通過物體表面的圖像的參數(shù)，再加上展業(yè)的PC系統(tǒng)就可以完成物體的測量工作，不用對物體的表面有直接接觸。非接觸測量以視覺測量技術為主，這種技術測得的數(shù)據(jù)具有很高的精確度，當被測物體處于動態(tài)時，依舊可以進行測量。本次測量主要采用視覺測量與數(shù)字圖像處理相關技術，二者相結合對物體進行測量。

1測量機器及系統(tǒng)

測量機器主要由PC機、圖像采集系統(tǒng)以及CCD芯片攝像機構成。該系統(tǒng)設備為視頻采集卡和黑白攝像機。圖像采集系統(tǒng)的功能包括顯示和收集圖像信息，相機通過該系統(tǒng)向PC輸出視頻和圖像。采集系統(tǒng)的內存插入PC的USB接口，把其中保存接受的圖像動態(tài)的模擬信號轉入PC，由PC吧圖像信息專換為數(shù)字，最后再存進圖像幀的存儲體。存儲體的大小和存入速度與系統(tǒng)的實時狀態(tài)有直接關系，存儲體是高速的存儲器組成的陣列，黑白或彩色數(shù)據(jù)的存放是由位映射的形態(tài)存放，每一個單位的信息對應圖像的一個單位像素灰度值，PC系統(tǒng)能夠對存儲體里的具體真圖像進行掃描讀寫并完成數(shù)字圖像的處理。[1]

2測量涉及的原理

2.1 相機內存工作的原理

內存的構成為若干電荷組合。相機內存的原單位為N型（或P型）硅襯底之上形成的厚度大約為120納米的二氧化硅，二氧化硅層之上，由鋁電極沉積構成場效應管型電容式的轉移器。再把場效應管陣列加上輸出和輸入的端口，就形成了CCD。用正偏壓施加于二氧化硅表面的電極，P型的硅襯底會出現(xiàn)一些耗盡區(qū)，正偏壓升高，耗盡區(qū)變大。耗盡區(qū)中的一些帶電離子被最大的耗盡區(qū)吸收，形成電荷組。N型硅襯底，一般是加負偏壓，少數(shù)電離子成為空穴。光學系統(tǒng)將物體成像在CCD的像素表層時，因為光的刺激，半導體中會產生電子空穴，這當中的少數(shù)載流子被就近的空穴吸納。由于空穴中儲存的載流電子數(shù)目和光的強度相關，所以可以將光學圖像轉為電子圖像。[2]然后依據(jù)一定順序把電荷轉移，最后電荷在輸出端被輸送出來，實現(xiàn)了把圖像轉換為視頻信號的過程。

2.2圖像邊緣檢測系統(tǒng)的工作原理

邊緣檢測以圖像的灰度不連續(xù)的分割法為操作基礎。邊緣是區(qū)域的結束點與起始點的統(tǒng)一體，圖像西部的特征由此表現(xiàn)出不連續(xù)性，是背景和目標的分界。通過邊緣檢測描繪出被測對象，發(fā)現(xiàn)其包含的豐富圖像信息和圖特征。邊緣的檢測可以通過“空域微分”算法利用卷積或類似卷積運算來完成。邊緣檢測的算法最常主要用的有以下算法：（1）Roberts算法，這種法算法最容易實現(xiàn)，這種算法通過利用局部差分算子來找圖像的邊緣。（2）Sobel算法，Sobel算法利用濾波的算法，圖像包含的全部點做卷積都是用這兩個算法，第一種算法主要是利用影圖像垂直邊緣，算出圖像垂直方向的差分；第二種算法主要影響水平方向的圖像邊緣，計算水平方向圖像的差分。。Sobel算法的計算方法有兩種，第一種選水平差分與垂直查分的最大數(shù)值；第二種方法是選兩個兩個方向的差分的和。一般使用較多的是第一種算法。（3）Prewitt算法，Prewitt算法與Sobel算法一樣，圖像當中的每個點都用這兩個模板做卷積分，并選所得的最大值輸出。（4）Log 算法，這是一種微積分二階算子，圖像邊緣會出現(xiàn)陡峭零交叉，這種算法是一個線性、移不變的算子，通過圖像灰度值二階微分為零的點實現(xiàn)邊緣點的檢測。

用上述算法分別對圖像邊緣進行檢測所得效果的比較，通過圖像分析可以直觀看到，用Sobel算法和Prewitt算法對圖像邊緣檢測的效果相對較好。但從垂直的方向上測量來看，Sobel算法比Prewitt算法所測得邊緣更明顯。

3距離測量

確定采集圖像的測量系統(tǒng)后，保證焦距、物距完全一致，使光軸和被測對象平面保持垂直，方可進行圖像采集。圖像距離測量過程中，也會產生一些誤差。產生誤差的主要因素：系統(tǒng)定位完成后很難保證焦距、物距始終絕對相同；測量過程當中，物像邊緣輪廓不清晰，PC系統(tǒng)查找邊緣有誤差；CCD相機的攝像頭不是真正小孔成像。

4結語

本次測量，采用數(shù)字成像技術進行邊緣測量，最終獲得的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相吻合，證明了數(shù)字成像技術在測量方面的精確性。這一測量技術易操作、精確度高、省時省力，一定會在今后非接觸式測量中日漸普及。

參考文獻

[1] 張少軍，艾矯建.利用數(shù)字圖像處理技術測量幾何尺寸[J].北京科技大學學報，2002（24）.

[2] 朱學芳，智文廣.計算機圖像處理導論[M].上海：上海科學技術文獻出版社，2002.