關(guān)于圖像測量技術(shù)新應(yīng)用的分析

摘 要：文章以處理圖像的技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)圖像測量技術(shù)的新應(yīng)用進(jìn)行深入的分析，供相關(guān)人員參考。

關(guān)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(lǐng)域新興的性能較高的測量技術(shù)，主要應(yīng)用在圖像匹配、機(jī)器視覺、模式識(shí)別和圖像的檢測中。將光學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、幾何測量和信號(hào)與信息處理技術(shù)許多現(xiàn)代技術(shù)集合在一起，根據(jù)圖像處理技術(shù)，組成綜合性的測量系統(tǒng)。把測量對(duì)象當(dāng)成信息和檢測的中間介質(zhì)，并對(duì)其圖像進(jìn)行精確的測量，這個(gè)過程稱之為圖像的測量。其在進(jìn)行定位和識(shí)別上非常有效。

1 國內(nèi)外圖像測量的研究情況

隨著國內(nèi)外計(jì)算機(jī)行業(yè)的迅猛發(fā)展，精密光機(jī)電以及圖像處理技術(shù)等高科技技術(shù)也發(fā)展起來了。這些高科技技術(shù)被應(yīng)用于精密測量學(xué)中，形成的學(xué)科為圖像測量技術(shù)。這個(gè)技術(shù)是傳遞和檢測信息的手段，就是被測對(duì)象的圖像，在圖像中尋找有用信號(hào)來獲取待測數(shù)據(jù)。

該技術(shù)發(fā)展很快，在國內(nèi)外均已應(yīng)用廣泛，例如航空遙感測量、幾何量的尺寸測量、醫(yī)學(xué)圖像觀測輔助診斷、復(fù)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(shù)日益崛起，不但因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的完美應(yīng)用和數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷完善，而且還得益于應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大。進(jìn)一步刺激著這一技術(shù)領(lǐng)域成長為價(jià)格低微處理器支持的并行的處理技術(shù)；應(yīng)用于低成本、大容量儲(chǔ)存陣列的新儲(chǔ)存技術(shù)；應(yīng)用于圖像數(shù)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(tǒng)等等。

2 圖像測量系統(tǒng)的組成

被測試的目標(biāo)影像信息是通過圖像傳感器來記錄的，這一技術(shù)包括了采樣過程，使用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字處理，使最終得到的數(shù)據(jù)符合計(jì)算機(jī)視覺檢驗(yàn)的機(jī)理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人類對(duì)計(jì)算機(jī)視覺研究的規(guī)劃和目的。測量視覺傳感器的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)是利用圖像傳感器進(jìn)行圖像的表面采集工作，利用采集卡收集圖像發(fā)出的發(fā)出的視頻信號(hào)并且把視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)利用接口電路傳入計(jì)算機(jī)，完成圖像處理并且算出計(jì)算結(jié)果。將最終的數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。通常，傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)主要是關(guān)于圖像處理以及采集，I/O和通信部分及傳入傳出和執(zhí)行的機(jī)構(gòu)等。其中采集圖像的原理和目的是將已經(jīng)測量好的可視化圖像轉(zhuǎn)化為可視的數(shù)據(jù)，即計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)突出強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確度和速度，所以采集圖像應(yīng)該準(zhǔn)確、按時(shí)地提供清晰的圖像。

3 圖像處理

數(shù)字圖像處理的目的是提高圖像的質(zhì)量，利用大規(guī)模的成型數(shù)字計(jì)算機(jī)，對(duì)轉(zhuǎn)化來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理，以滿足人們的感官要求，得到的圖像更加清晰準(zhǔn)確。20世紀(jì)60年代開始，計(jì)算機(jī)行業(yè)就猛然崛起，被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，同時(shí)圖像處理技術(shù)也跟著迅速發(fā)展起來。但是現(xiàn)在的問題是雖然圖像處理技術(shù)發(fā)展很快，但是運(yùn)算處理的速度還不是很快，相比光學(xué)法，該技術(shù)是按照順序進(jìn)行處理的，因此速度不如光學(xué)方法的快。圖像處理技術(shù)將來會(huì)以嶄新的方式出現(xiàn)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。

3.1 構(gòu)成圖像數(shù)字化系統(tǒng)

圖2所示的就是一個(gè)基本的圖像數(shù)字化設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成元素。其中每一個(gè)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(chǔ)。通訊可采用綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（ISDN）、普通的電話網(wǎng)（（PSTN）和計(jì)算機(jī)的局域網(wǎng)（（LAN）等。采集可選用配備視象管的視頻攝像機(jī)和掃描儀、電荷式耦合器件（CCD）照相機(jī)等。圖像分析和處理主要涉及到的就是運(yùn)算，采用的工具主要是計(jì)算機(jī)，當(dāng)有特殊需要時(shí)還必須借助專門的硬件設(shè)備。圖像的顯示可選用電視顯示器（TV）。隨機(jī)讀取各種打印機(jī)和陰極射線管（CRT）等。圖像可以存儲(chǔ)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(gè)點(diǎn)稱為采樣點(diǎn)。因?yàn)閳D像所表示的是二維分布的信息，因此在進(jìn)行采樣操作時(shí)，需要先將二維信息轉(zhuǎn)化為一維信息，之后對(duì)一維信息進(jìn)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(duì)圖像進(jìn)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(duì)一維掃描線信號(hào)按一定間隙進(jìn)行采樣，就可以得到離散信號(hào)。

采集運(yùn)動(dòng)的圖像，需要在時(shí)間軸上進(jìn)行操作，再順著垂直的方向進(jìn)行采樣，最終順著水平方向采樣。對(duì)一幅圖像進(jìn)行采樣，如果橫向（即每行）像素是M個(gè)，縱向（即每列）像素是N個(gè)，那么圖像大小為M×N個(gè)像素。

3.3 圖像的預(yù)處理

當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到圖像的時(shí)候，因?yàn)檩斎朕D(zhuǎn)換器件的差別和旁邊環(huán)境的影響等，就會(huì)失真和發(fā)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(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)形狀，才能夠平穩(wěn)地進(jìn)行特征提取等的處理。這部分工作被稱之為圖像的預(yù)處理過程，圖像的預(yù)處理技術(shù)主要包括圖像大小的正規(guī)化，圖像位置的標(biāo)準(zhǔn)化。比如，圖像色度要保障灰度平衡。計(jì)算灰度平衡的方法是圖像的點(diǎn)運(yùn)算。圖像的復(fù)原是對(duì)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(fù)原來的面貌。圖像的幾何校正是根據(jù)具體的要求將圖像放大或縮小，旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)移等。圖像的增強(qiáng)效果是運(yùn)用技術(shù)使圖像變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的清晰的圖像。圖像增強(qiáng)技術(shù)是一類基本的圖像處理方法，其目的是運(yùn)用技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)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(shí)際的增強(qiáng)技術(shù)手段也大不一樣。從根本上來講，人就是評(píng)價(jià)圖像好與壞的評(píng)價(jià)者，因此不存在圖像增強(qiáng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。

具體的說就是將圖像增強(qiáng)，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(zhì)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(qiáng)調(diào)目標(biāo)物的輪廓，將黑白圖像轉(zhuǎn)換為偽彩色的圖像等。

3.4 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的處理

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是一個(gè)利用模式識(shí)別和圖像處理領(lǐng)域的新手段，提取和度量圖像中的對(duì)應(yīng)形狀應(yīng)用具有一定形狀的結(jié)構(gòu)元素來使對(duì)圖像識(shí)別和分析的目的達(dá)到就是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本思想。集合論是用來表示二值形態(tài)學(xué)的名稱，運(yùn)用集合論可以有效的用統(tǒng)一的方法解決圖像處理中遇到的問題和困難，使結(jié)構(gòu)單元可以隨意組合或者分解，發(fā)揮到數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)上面的運(yùn)算當(dāng)中。這樣應(yīng)用形態(tài)學(xué)來轉(zhuǎn)化問題，就達(dá)到了對(duì)圖像處理分析的目的。從這點(diǎn)看，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)占一些明顯地優(yōu)勢在對(duì)比其它頻域或空域分析方法和圖像處理上面。

4 結(jié)束語

文章對(duì)圖像測量技術(shù)進(jìn)行了簡單的介紹，并分析其原理及使用的方法。對(duì)圖像測量技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討，以便于測量技術(shù)在今后應(yīng)用的范圍更加廣泛、便捷及精準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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