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利用成像技術進行測量

發(fā)布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):398

        

    

    

    機器自動成像技術已成為一種成熟且精確可靠的測量工具,可用于汽車、生物科技及通信等多個領域,目前隨著軟件和成像傳感器方面的一些新技術發(fā)展如計算機處理速度更快、軟件與硬件更容易集成以及可以在運動中進行成像測量等,使得測量成本進一步降低。本文介紹利用成像技術進行測量時需注意的一些問題。

    

    從圖像中我們能得到很多可以量化的測量信息,如距離、角度、重心位置、面積、弧度等,在測量時需要考慮的問題包括基本成像參數(shù)、成像質量、校準情況和測量工具,將硬件和軟件結合起來可幫助完成成像測量。

    

    基本成像參數(shù)包括視野范圍、工作距離、分辨率、景深和探頭大小,通過這些參數(shù)可以確定被觀察的物體或區(qū)域。

    

    成像質量

    

    影響尺寸測量的一個重要因素是成像質量,這是因為圖中獲取的信息直接決定了測量效果。利用信號整形之類的技術可以得到高質量數(shù)據(jù),此外高精度成像硬件也有助于保證較高的成像質量。

    

    分辨率和對比度是成像質量的重要組成部分,分辨率指成像系統(tǒng)所能重現(xiàn)的被測物體細節(jié)的數(shù)量,對比度則是成像系統(tǒng)所產(chǎn)生的被測物體與其背景之間的灰度差別。攝像頭、鏡頭和燈光是決定分辨率和對比度的重要因素。成像系統(tǒng)所需最小像素分辨率可由下式計算:

    

    最小分辨率=(物件最長端長度/最小特征尺寸)×2

    

    以條形碼為例,假如最長端長度為60mm,最小特征尺寸是0.2mm,那么根據(jù)上式可算出其最小分辨率應該是(60/0.2)×2=600

    

    鏡頭焦距是分辨率另一種表現(xiàn)形式,視野(fov)指物體最長端長度,工作距離(wd)是物體到鏡頭的距離,探頭大小是攝像探頭的尺寸,以mm表示。上述幾項有如下關系:焦距=s×(wd/fov)。

    

    失真是另一個影響成像質量的因素,它指由于鏡頭光學誤差引起幾何偏差,從而在成像平面上造成物體錯位,在計算時可以把測量失真考慮進去。

    

    校準情況

    

    校準就是指將像素測量值與現(xiàn)實世界的真實測量值聯(lián)系起來的過程,當需要以實際長度單位進行精確測量時,這個過程非常重要。能提供校準的成像硬件與軟件有助于完成測量。

    

    校準可解決并消除由于鏡頭失真、透視或方位偏移造成的誤差,它還能把圖像坐標轉變?yōu)楝F(xiàn)實坐標或者相反。進行成像設置校準時,要用一個已知點距的點陣,從這個點陣中可得到校準或映射信息。

    

    測量工具

    

    測量工具是尺寸測量的一個重要部分,可以使用斑紋分析、邊緣檢測及圖形匹配等測量工具有效完成測量,具有這些功能的成像軟件能夠拓展測量的性能。

    

    通過斑紋分析,閾值處理將產(chǎn)生一個二進制圖像,把被測物體顆粒從背景中區(qū)分開,它將返回二進制物體屬性以計算測量值,包括:

    

    以像素表示的尺寸

    

    重心位置

    

    最長端長度

    

    邊緣檢測能幫助找到圖像中亮度發(fā)生劇烈變化的點,它可以快速確定物體邊界線輪廓。有許多參數(shù)對邊緣檢測很重要,如:

    

    對比度:邊緣兩邊平均像素密度最小差值

    

    寬度:確定邊緣任意一邊對比度的平均像素值·銳度:邊緣過渡區(qū)最小像素數(shù)

    

    圖形匹配可以幫助找到圖像中的參考圖形并報告其在圖像中的位置、旋轉角度和比例,它在光線變化以及有噪聲、模糊和部分阻擋的情況下也能正常工作。當精度小于像素數(shù)時,可以分數(shù)形式表示邊緣檢測或圖形匹配信息,這種精度表示使用了插補和擬合技術,如果成像條件較好,可實現(xiàn)四分之一像素精度。

    

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    機器自動成像技術已成為一種成熟且精確可靠的測量工具,可用于汽車、生物科技及通信等多個領域,目前隨著軟件和成像傳感器方面的一些新技術發(fā)展如計算機處理速度更快、軟件與硬件更容易集成以及可以在運動中進行成像測量等,使得測量成本進一步降低。本文介紹利用成像技術進行測量時需注意的一些問題。

    

    從圖像中我們能得到很多可以量化的測量信息,如距離、角度、重心位置、面積、弧度等,在測量時需要考慮的問題包括基本成像參數(shù)、成像質量、校準情況和測量工具,將硬件和軟件結合起來可幫助完成成像測量。

    

    基本成像參數(shù)包括視野范圍、工作距離、分辨率、景深和探頭大小,通過這些參數(shù)可以確定被觀察的物體或區(qū)域。

    

    成像質量

    

    影響尺寸測量的一個重要因素是成像質量,這是因為圖中獲取的信息直接決定了測量效果。利用信號整形之類的技術可以得到高質量數(shù)據(jù),此外高精度成像硬件也有助于保證較高的成像質量。

    

    分辨率和對比度是成像質量的重要組成部分,分辨率指成像系統(tǒng)所能重現(xiàn)的被測物體細節(jié)的數(shù)量,對比度則是成像系統(tǒng)所產(chǎn)生的被測物體與其背景之間的灰度差別。攝像頭、鏡頭和燈光是決定分辨率和對比度的重要因素。成像系統(tǒng)所需最小像素分辨率可由下式計算:

    

    最小分辨率=(物件最長端長度/最小特征尺寸)×2

    

    以條形碼為例,假如最長端長度為60mm,最小特征尺寸是0.2mm,那么根據(jù)上式可算出其最小分辨率應該是(60/0.2)×2=600

    

    鏡頭焦距是分辨率另一種表現(xiàn)形式,視野(fov)指物體最長端長度,工作距離(wd)是物體到鏡頭的距離,探頭大小是攝像探頭的尺寸,以mm表示。上述幾項有如下關系:焦距=s×(wd/fov)。

    

    失真是另一個影響成像質量的因素,它指由于鏡頭光學誤差引起幾何偏差,從而在成像平面上造成物體錯位,在計算時可以把測量失真考慮進去。

    

    校準情況

    

    校準就是指將像素測量值與現(xiàn)實世界的真實測量值聯(lián)系起來的過程,當需要以實際長度單位進行精確測量時,這個過程非常重要。能提供校準的成像硬件與軟件有助于完成測量。

    

    校準可解決并消除由于鏡頭失真、透視或方位偏移造成的誤差,它還能把圖像坐標轉變?yōu)楝F(xiàn)實坐標或者相反。進行成像設置校準時,要用一個已知點距的點陣,從這個點陣中可得到校準或映射信息。

    

    測量工具

    

    測量工具是尺寸測量的一個重要部分,可以使用斑紋分析、邊緣檢測及圖形匹配等測量工具有效完成測量,具有這些功能的成像軟件能夠拓展測量的性能。

    

    通過斑紋分析,閾值處理將產(chǎn)生一個二進制圖像,把被測物體顆粒從背景中區(qū)分開,它將返回二進制物體屬性以計算測量值,包括:

    

    以像素表示的尺寸

    

    重心位置

    

    最長端長度

    

    邊緣檢測能幫助找到圖像中亮度發(fā)生劇烈變化的點,它可以快速確定物體邊界線輪廓。有許多參數(shù)對邊緣檢測很重要,如:

    

    對比度:邊緣兩邊平均像素密度最小差值

    

    寬度:確定邊緣任意一邊對比度的平均像素值·銳度:邊緣過渡區(qū)最小像素數(shù)

    

    圖形匹配可以幫助找到圖像中的參考圖形并報告其在圖像中的位置、旋轉角度和比例,它在光線變化以及有噪聲、模糊和部分阻擋的情況下也能正常工作。當精度小于像素數(shù)時,可以分數(shù)形式表示邊緣檢測或圖形匹配信息,這種精度表示使用了插補和擬合技術,如果成像條件較好,可實現(xiàn)四分之一像素精度。

    

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