基于数字图像的绝对位移测量技术分析

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1、西安工业大学硕士学位论文随着科技的发展，非接触式的测量方法特别是非接触的光学测量方法尤其受到科学家们的重视∞3。非接触测量将CCD传感器技术和数字图像技术相结合，用CCD摄像机对被测工件进行点式或面式扫描，利用物点和像点的关系求得工件外轮廓的三维坐标信息，其测量速度快。电荷耦合器件n鲫(CCD)是20世纪70年代初发展起来的一种新型半导体器件，由于它具有自扫描、高分辨、高灵敏度、重量轻、体积小、像素位置准确、耗电少、寿命长、可靠性好、信号处理方便，便于与计算机连接等优点，近30年来发展迅速，成为近代光电成像领域中非常重要的获取图像的技术手段。基于CCD器件图像测量技术的使用范围

2、和测试精度均比现有的机械式、光学式或电磁式的测量技术优越得多，可以满足测量速度快，精度高，非接触式及动态的自动测量的要求，它使加工、检测和控制融为一体成为可能。1．1．2数字图像测量技术的现状及应用1)图像测量技术的综述测量充满着人类生活、生产和科研等各个领域的方方面面，人类社会的发展又促进了测量技术的发展。人类在生产活动中，“本能"地进行着多方面的原始性测量，例如对狩猎对象远近的估测，以及为确定季节而进行的天文观测，因而在自身社会发展中创造并发展了测量学科。随着人类社会的形成和发展，生产、生活和贸易等活动的开展，需要更多的测量工具及简单的测量仪器，如土地丈量、漏量计时以及逐步

3、统一的度量衡器口1。随着人类文明时代的到来，科学技术和生产活动的大规模开展及一系列重大突破催生并发展了这一科学。同时，测量器具、技术和理论的发展又促进了生产和技术的发展。近代科学和工业化的发展，促使测量学科一方面需要进行专业化分工；同时，测试技术也要求突破经典的测量方法和技术，寻求新的测试原理与手段。如求助于电学、光学、计算机等，从单一学科发展为多学科间的相互借鉴和渗透，形成综合各学科研究成果的新型测量系统。近二十余年来，随着激光技术，精密计量光栅制造技术，计算机技术以及图像获取和处理技术的迅猛发展，已经开始将它们应用到高精度测量领域，并形成了新的测量技术一～图像测量技术n¨副

4、。图像测量技术起源于20世纪60年代，日本、德国、美国、加拿大等发达国家开始得较早，20世纪80年代后期开始在我国发展。图像测量技术的研究主要源于两个应用目的，其便于人们分析而对图像信息进行改进；以及是为了使机器自动理解而对图像数据进行存储、传输及显示。由于图像信息量的庞大，对相应的硬件和处理算法有着非常高的要求，因此早期图像处理技术的研究和应用受到很大的限制。在20世纪60年代，很多图像处理算法只能在大型计算机上完成，70年代也只能在小型机上完成，到了80年代才能在台式机上运行。作为一种重要的无损检测方法，图像测量技术无论从测量方法、原理、准确度、效率，还是适用的邻域范围都获

5、得了巨大发展，并且越来越广泛地用于众多科学与工程领域，如工农业生产、遥感、医学、气象、军事、通信、智能机器人等，是现代科学技术和现代工农业生产快速发展的重要技术支撑和高新技术之一。21绪论图像测量技术以光学为基础、融入了光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科学技术，组成光、机、电、算和控制技术一体化的综合测量系统。所谓的图像测量n羽就是测量被测对象时，把图像当作检测和传递的手段或载体加以利用的测量方法，其目的是从图像中提取有用的信号。图像测量的基本原理就是处理被测物体图像的边缘纹理而获得物体的几何参数，因此图像处理技术成为图像测量系统的基础和关键。传统的几何量测量

6、方法，是根据测量头与被测件是否接触可分为接触式与非接触式两大类。其中非接触式测量方法以前主要有光学式和气动式两种，图像测量技术作为一种新兴的非接触测量方法有着独特的优越性，它通过把被测对象的图像作为检测和传递信息的手段，从图像中提取有用信息进而获得待测参数。光电摄像器件的产生和普及使图像测量技术成为可能，特别是电荷耦合器件(CCD)技术的发展，进一步促进了图像测量技术的形成和发展。2)图像测量相关理论a、计算机视觉理论人类感知的外界信息有80％以上是由视觉获取的。视觉不仅是对光信号的感受，还包括对视觉信息的获取、传输、处理、存储与理解的全过程。近年来人们试图用照相机、摄像机或其

7、它仪器获取环境图像，并转换成数字信号，利用信号处理和计算机技术实现视觉信息处理的全过程，由此形成--f-j全新的学科一计算机视觉，也称机器视觉n1。计算机视觉研究的目标是使计算机具有通过二维图像理解三维环境的能力，这种能力不仅使计算机能感知三维环境中物体的几何信息，还包括它的形状、位置、姿态、运动等，并且能对他们进行描述、存储、识别与理解。计算机视觉过程是成像过程的逆过程。计算机视觉正在被广泛地应用于许多方面，可以说需要人类视觉的场合几乎都有计算机视觉的应用，特别是在许多人类视觉无法感知的场