邊緣測(cè)量中數(shù)字成像技術(shù)的運(yùn)用論文
科技發(fā)展日新月異，測(cè)量方法和檢測(cè)技術(shù)也相應(yīng)有了很大程度的革新，尤其是非接觸式的測(cè)量逐漸在實(shí)際測(cè)量工作中得以普及，電磁技術(shù)和光電技術(shù)是該測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)，非接觸式測(cè)量?jī)H通過(guò)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(cè)量工作，不用對(duì)物體的表面有直接接觸。非接觸測(cè)量以視覺(jué)測(cè)量技術(shù)為主，這種技術(shù)測(cè)得的數(shù)據(jù)具有很高的精確度，當(dāng)被測(cè)物體處于動(dòng)態(tài)時(shí)，依舊可以進(jìn)行測(cè)量。本次測(cè)量主要采用視覺(jué)測(cè)量與數(shù)字圖像處理相關(guān)技術(shù)，二者相結(jié)合對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量。
1 測(cè)量機(jī)器及系統(tǒng)
測(cè)量機(jī)器主要由PC機(jī)、圖像采集系統(tǒng)以及CCD芯片攝像機(jī)構(gòu)成。該系統(tǒng)設(shè)備為視頻采集卡和黑白攝像機(jī)。圖像采集系統(tǒng)的功能包括顯示和收集圖像信息，相機(jī)通過(guò)該系統(tǒng)向PC輸出視頻和圖像。采集系統(tǒng)的內(nèi)存插入PC的USB接口，把其中保存接受的圖像動(dòng)態(tài)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)入PC,由PC吧圖像信息專換為數(shù)字，最后再存進(jìn)圖像幀的存儲(chǔ)體。存儲(chǔ)體的大小和存入速度與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)有直接關(guān)系，存儲(chǔ)體是高速的存儲(chǔ)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(gè)單位的信息對(duì)應(yīng)圖像的一個(gè)單位像素灰度值，PC系統(tǒng)能夠?qū)Υ鎯?chǔ)體里的具體真圖像進(jìn)行掃描讀寫(xiě)并完成數(shù)字圖像的處理。[1]
2 測(cè)量涉及的原理
2.1 相機(jī)內(nèi)存工作的原理
內(nèi)存的構(gòu)成為若干電荷組合。相機(jī)內(nèi)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(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管型電容式的轉(zhuǎn)移器。再把場(chǎng)效應(yīng)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(huì)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(fù)偏壓，少數(shù)電離子成為空穴。光學(xué)系統(tǒng)將物體成像在CCD的像素表層時(shí)，因?yàn)楣獾拇碳�，半�?dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生電子空穴，這當(dāng)中的少數(shù)載流子被就近的空穴吸納。由于空穴中儲(chǔ)存的載流電子數(shù)目和光的強(qiáng)度相關(guān)，所以可以將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)為電子圖像。[2]然后依據(jù)一定順序把電荷轉(zhuǎn)移，最后電荷在輸出端被輸送出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了把圖像轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)的過(guò)程。
2.2 圖像邊緣檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理
邊緣檢測(cè)以圖像的灰度不連續(xù)的分割法為操作基礎(chǔ)。邊緣是區(qū)域的結(jié)束點(diǎn)與起始點(diǎn)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(biāo)的分界。通過(guò)邊緣檢測(cè)描繪出被測(cè)對(duì)象，發(fā)現(xiàn)其包含的豐富圖像信息和圖特征。邊緣的檢測(cè)可以通過(guò)“空域微分”算法利用卷積或類(lèi)似卷積運(yùn)算來(lái)完成。邊緣檢測(cè)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(shí)現(xiàn)，這種算法通過(guò)利用局部差分算子來(lái)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(diǎn)做卷積都是用這兩個(gè)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(jì)算水平方向圖像的差分。Sobel算法的計(jì)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(gè)兩個(gè)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(dāng)中的每個(gè)點(diǎn)都用這兩個(gè)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(huì)出現(xiàn)陡峭零交叉，這種算法是一個(gè)線性、移不變的算子，通過(guò)圖像灰度值二階微分為零的點(diǎn)實(shí)現(xiàn)邊緣點(diǎn)的檢測(cè)。
用上述算法分別對(duì)圖像邊緣進(jìn)行檢測(cè)所得效果的比較，通過(guò)圖像分析可以直觀看到，用Sobel算法和Prewitt算法對(duì)圖像邊緣檢測(cè)的效果相對(duì)較好。但從垂直的方向上測(cè)量來(lái)看，Sobel算法比Prewitt算法所測(cè)得邊緣更明顯。
3 距離測(cè)量
確定采集圖像的測(cè)量系統(tǒng)后，保證焦距、物距完全一致，使光軸和被測(cè)對(duì)象平面保持垂直，方可進(jìn)行圖像采集。圖像距離測(cè)量過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生一些誤差。產(chǎn)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(duì)相同；測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，物像邊緣輪廓不清晰，PC系統(tǒng)查找邊緣有誤差；CCD相機(jī)的攝像頭不是真正小孔成像。
4 結(jié)語(yǔ)
本次測(cè)量，采用數(shù)字成像技術(shù)進(jìn)行邊緣測(cè)量，最終獲得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相吻合，證明了數(shù)字成像技術(shù)在測(cè)量方面的精確性。這一測(cè)量技術(shù)易操作、精確度高、省時(shí)省力，一定會(huì)在今后非接觸式測(cè)量中日漸普及。
參考文獻(xiàn)
[1]張少軍，艾矯建。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)測(cè)量幾何尺寸[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（24）。
[2]朱學(xué)芳，智文廣。計(jì)算機(jī)圖像處理導(dǎo)論[M].上海：上�？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2002.
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