關于圖像測量技術新應用的分析

摘 要：文章以處理圖像的技術為基礎，對圖像測量技術的新應用進行深入的分析，供相關人員參考。

關鍵詞：圖像測量；圖像處理位移；變形測量有限元分析

引言

近年來，圖像測量成為測量領域新興的性能較高的測量技術，主要應用在圖像匹配、機器視覺、模式識別和圖像的檢測中。將光學、計算機技術、電子技術、幾何測量和信號與信息處理技術許多現代技術集合在一起，根據圖像處理技術，組成綜合性的測量系統。把測量對象當成信息和檢測的中間介質，并對其圖像進行精確的測量，這個過程稱之為圖像的測量。其在進行定位和識別上非常有效。

1 國內外圖像測量的研究情況

隨著國內外計算機行業的迅猛發展，精密光機電以及圖像處理技術等高科技技術也發展起來了。這些高科技技術被應用于精密測量學中，形成的學科為圖像測量技術。這個技術是傳遞和檢測信息的手段，就是被測對象的圖像，在圖像中尋找有用信號來獲取待測數據。

該技術發展很快，在國內外均已應用廣泛，例如航空遙感測量、幾何量的尺寸測量、醫學圖像觀測輔助診斷、復雜精密零件的外觀檢測和尺寸測量以及光波形成的衍射圖等很多方面。圖像測量技術日益崛起，不但因為計算機技術的完美應用和數字圖像處理技術的不斷完善，而且還得益于應用范圍的不斷擴大。進一步刺激著這一技術領域成長為價格低微處理器支持的并行的處理技術；應用于低成本、大容量儲存陣列的新儲存技術；應用于圖像數字化的低成本的圖像卡和高分辨率、低成本的彩色顯示系統等等。

2 圖像測量系統的組成

被測試的目標影像信息是通過圖像傳感器來記錄的，這一技術包括了采樣過程，使用計算機對其進行數字處理，使最終得到的數據符合計算機視覺檢驗的機理，進而實現人類對計算機視覺研究的規劃和目的。測量視覺傳感器的框架結構如圖1所示，該系統是利用圖像傳感器進行圖像的表面采集工作，利用采集卡收集圖像發出的發出的視頻信號并且把視頻信號轉換為數字信號利用接口電路傳入計算機，完成圖像處理并且算出計算結果。將最終的數據顯示在計算機的屏幕上。通常，傳統的視覺系統主要是關于圖像處理以及采集，I/O和通信部分及傳入傳出和執行的機構等。其中采集圖像的原理和目的是將已經測量好的可視化圖像轉化為可視的數據，即計算機能夠處理的數據。計算機視覺系統突出強調準確度和速度，所以采集圖像應該準確、按時地提供清晰的圖像。

3 圖像處理

數字圖像處理的目的是提高圖像的質量，利用大規模的成型數字計算機，對轉化來的數字信號進行進一步處理，以滿足人們的感官要求，得到的圖像更加清晰準確。20世紀60年代開始，計算機行業就猛然崛起，被應用于各個行業中，同時圖像處理技術也跟著迅速發展起來。但是現在的問題是雖然圖像處理技術發展很快，但是運算處理的速度還不是很快，相比光學法，該技術是按照順序進行處理的，因此速度不如光學方法的快。圖像處理技術將來會以嶄新的方式出現，伴隨著計算機技術的飛速發展。

3.1 構成圖像數字化系統

圖2所示的就是一個基本的圖像數字化設備系統的構成元素。其中每一個模塊都劃分成特定的部分，分別是通信、采集、處理和分析、顯示、存儲。通訊可采用綜合業務網（ISDN）、普通的電話網（（PSTN）和計算機的局域網（（LAN）等。采集可選用配備視象管的視頻攝像機和掃描儀、電荷式耦合器件（CCD）照相機等。圖像分析和處理主要涉及到的就是運算，采用的工具主要是計算機，當有特殊需要時還必須借助專門的硬件設備。圖像的顯示可選用電視顯示器（TV）。隨機讀取各種打印機和陰極射線管（CRT）等。圖像可以存儲在硬盤，U盤或者磁帶中。

3.2 采樣

采樣就是將圖像在空間上離散化。用空間上的灰度值來代表圖像，把這些個點稱為采樣點。因為圖像所表示的是二維分布的信息，因此在進行采樣操作時，需要先將二維信息轉化為一維信息，之后對一維信息進行采樣。具體做法如下所示，首先沿著垂直的方向，按照一定的空隙，從上向下以水平的角度來對圖像進行直線掃描，分出各水平線上灰度值一樣的一維掃描。然后對一維掃描線信號按一定間隙進行采樣，就可以得到離散信號。

采集運動的圖像，需要在時間軸上進行操作，再順著垂直的方向進行采樣，最終順著水平方向采樣。對一幅圖像進行采樣，如果橫向（即每行）像素是M個，縱向（即每列）像素是N個，那么圖像大小為M×N個像素。

3.3 圖像的預處理

當計算機接收到圖像的時候，因為輸入轉換器件的差別和旁邊環境的影響等，就會失真和發出各種各樣的噪聲在圖像上。只有把噪聲消除，校正失真，把圖像轉變成標準形狀，才能夠平穩地進行特征提取等的處理。這部分工作被稱之為圖像的預處理過程，圖像的預處理技術主要包括圖像大小的正規化，圖像位置的標準化。比如，圖像色度要保障灰度平衡。計算灰度平衡的方法是圖像的點運算。圖像的復原是對圖像失真的校正，將模糊不清的部分刪掉，使得到的圖像恢復原來的面貌。圖像的幾何校正是根據具體的要求將圖像放大或縮小，旋轉或轉移等。圖像的增強效果是運用技術使圖像變成計算機可以識別的清晰的圖像。圖像增強技術是一類基本的圖像處理方法，其目的是運用技術對圖像進行加工，以便得到的圖像視覺效果更加“有用”更“好”。所謂“好”與“有用”的意義也不一樣，而且所采用的實際的增強技術手段也大不一樣。從根本上來講，人就是評價圖像好與壞的評價者，因此不存在圖像增強的通用標準。

具體的說就是將圖像增強，其目的是將圖像中有興趣的特征有選擇地突出，使不需要的特征衰減，卻不考慮圖像降質的原因，因此修改后的圖像不需要去與原圖像相似。比如消除各種噪聲，強調目標物的輪廓，將黑白圖像轉換為偽彩色的圖像等。

3.4 數學形態學的處理

數學形態學是一個利用模式識別和圖像處理領域的新手段，提取和度量圖像中的對應形狀應用具有一定形狀的結構元素來使對圖像識別和分析的目的達到就是數學形態學的基本思想。集合論是用來表示二值形態學的名稱，運用集合論可以有效的用統一的方法解決圖像處理中遇到的問題和困難，使結構單元可以隨意組合或者分解，發揮到數學形態學上面的運算當中。這樣應用形態學來轉化問題，就達到了對圖像處理分析的目的。從這點看，數學形態學占一些明顯地優勢在對比其它頻域或空域分析方法和圖像處理上面。

4 結束語

文章對圖像測量技術進行了簡單的介紹，并分析其原理及使用的方法。對圖像測量技術在實際中的應用進行了分析探討，以便于測量技術在今后應用的范圍更加廣泛、便捷及精準。

參考文獻

[1]艾小洋.制造業的火眼金睛——縱談現代制造之機器視覺系統[J].現代制造，2004.

[2]張敏.視覺傳感器及其在幾何測量中應用的研究[D].武漢理工大學，2003.