图像测量技术及其在无损检测中的应用探究

图像测量技术及其在无损检测中的应用探究

郭海乐黎良

东莞市地理信息与规划编制研究中心

摘要：图像测绘技术是融合当代最新科技的综合测量技术，这一技术借助图像来传递所需要表达的信息，并借助视觉原理与处理技术，将传递的图像转化为信息。在生产制造、卫生医疗等领域，图像测绘技术已经得到广泛的应用。本文将对图像测绘技术的相关原理以及图像测绘的方法进行介绍，并分析图像测绘技术在无损检测中的应用。

关键词：图像测绘技术；无损检测；应用

图像测绘技术是以现代科学技术为基础而建立的综合测绘技术。图像测绘技术是将图像作为传递信息的载体，通过对图像的利用，实现所需信息的传递。西方发达国家图像测量技术的发展比我国图像测量技术的发展早了20年，我国一直到上世纪90年代才开始发展这项技术。图像测量技术的发展主要有两个目的，一个是方便对信息的处理与传递，还有一个是方便机器理解图像传递的信息，并对此进行储存。一直到上世纪80年代，图像处理技术才开始在台式机上应用，随着这项技术的不断发展，该技术被广泛的应用到各个领域当中，下面对图像测绘技术进行分析。

1.图像测量技术的特点

1.1图像测量技术可远程高精度操作

在进行图像测量时，借助图像测量仪器，不需要与被测量的对象进行接触，就可以实现对被测量对象的测量[1]。由于这种测量技术不需要人接触被测量的对象，因此，在恶劣的观察环境或会对人的安全带来较大风险的环境下，可以采用图像测量技术对图像目标进行安全的测量。相比于其它测量技术，图像测绘技术的安全性较高。

1.2图像测量技术可以测量更多的物理量

利用图像测量技术，可以测量一些无法用肉眼观测的物理量，比如：干涉条纹的亮度变化量、色彩场、条纹观测场等，都可以通过图像测量技术来测量。相比于原来的测量技术，图像测量技术可以测量更多的物理量，从而实现对设备更全面的测量。

1.3图像测量技术可以实现对图像高精度定位

在成像系统中，对图像目标测量精度误差的标定和修正是图像测量工作的重要环节。在测量的过程中，可以通过图像目标模式定位方法的改变，实现对不同图像精度需求的测量，以及对图像精度误差的修正，比如，亚像素定位技术，这一定位技术可以使目标定位的精度达到亚像素级别[2]。

1.4自动化程度较高

随着科学技术的不断发展，各种各样先进设备也在不断出现，这也给图像测量技术的实现提供了设备的基础。与此同时，由于计算机软件的不断更新、算法的不断升级，这使得图像测量技术的测量处理能力越来越强，从而缩短测量图像处理的时间。

2.测量方法

2.1测量方法简述

图像测量技术是对物体进行三维测量，三维测量的方法分为两种：主动式与被动式。主动式图像测量一般使用结构光照明，通过对被测量对象三维表面结构光场的时间调制，在观察到被测量对象的变形光场中，通过解调，可以得到被测量对象的三维轮廓信息。被动式图像测量一般采用非结构光照明，通过多个摄像机获取被测量对象的信息，通过对不同信息的组合，获取被测量对象的三维轮廓数据[3]。

2.2主动式测量方法

主动式测量方法指的是被测量对象发射出的光束，通过相应图像记录仪器，记录光子在被测量对象表面显示的图像，并借助精确的计算，得出被测量对象的相关信息的测量方法。近些年来，随着图像检测技术的快速发展，工业设备的构造越来越复杂，结构越来越紧密，对设备无损检测的需求越来越大，这就使得主动式测量方法成为当前工业领域中应用的非常广泛的测量方法。主动式测量方法基于三角测量原理，根据摄像机与相关仪器提供的参数，以及外部的位置、方向参数等，从而测量出被测量对象表面的三维坐标。

2.3被动式测量方法

2.3.1单目视觉方法

单目视觉方法在对被测量对象的测量过程中，只采用一台摄像设备，因此这一方法的结构较为简单，并且对于摄像设备的标定也不复杂，这就有效的避免了立体匹配中存在的困难。单目视觉方法可细分为两中：聚焦法与离焦法。（1）聚焦法。采用聚焦法进行测量时，需要移动摄像设备，让被测量对象处在聚焦的位置中，并根据拍摄的图像，按照相关计算原理，计算被测对象与摄像设备的距离，在采用这一方法进行测量的过程中，需要注重焦距位置，焦距位置的偏差将会给测量结果带来偏差，因此，聚焦位置是测量的关键[4]。（2）离焦法。离焦法与聚焦法之间的不同在于，使用离焦法测量时，对聚焦位置精度的要求不高，离焦法根据计算模型来计算摄像设备与被测对象的距离。离焦法对离焦模型的精确度要求非常高，离焦模型的精确度较低将会造成测量结果较大的误差，因此，如何保证离焦模型的精度是离焦法测量的难点。

2.3.2双目视觉法

双目视觉法是当前自然界大多数生物获取距离信息的主要方法，这一方法是被动的测量方法，需要根据被测量对象的立体信息来测量距离，这一立体信息之间有立体视差。立体视差指的就是在被测对象的两边设置两台摄像设备，在两台摄像设备的成像中存在的被测物体的差异。在采用双目视觉法对物体进行测量时，需要先在左摄像设备的成像中找到一个特殊点，然后在右摄像设备的成像中找到同一个特殊点，这一过程称为立体匹配；通过两台设备的距离与对成像立体差的计算，可以计算出被测物体的相关信息。在双目视觉法的应用中，出现的最大难点就在于成像的立体匹配。可以通过添加约束条件、来缩小搜索的范围，从而降低立体匹配的难度。

3.图像测量技术在无损检测工程中的应用

3.1道路CT无损检测

当前，图像测量技术的分支CT，即计算机断层成像技术，已经在道路病害检测中获得了广泛的应用。这一技术在最初只应用在生物医学领域，在随后的发展中，这一技术在其他一些领域等到了广泛的应用。CT的基本方法为，根据被测量物体的截面图像，通过计算机实现对图像的重建，从而通过图像来了解被测量物体的实际情况[5]。将CT应用到道路检测中，就是利用相关设备对道路做一次扫描，通过对扫描图像的分析，了解道路存在的病害。

3.2红外热成像无损检测

红外热成像无损检测是图像测量技术在热成像方面的应用。红外热成像无损检测通过对被测量物体的表面问题以及辐射率的差异，形成热图像，对热图像热量分布的情况，可以观察出被测量物体是否存在缺陷。红外热成像无损检测在军事、农业、机械生产等领域发挥着非常重要的作用，近些年来，这一技术在建筑行业中的应用也非常广泛。

4.结语

图像测量技术在我国社会生产、卫生医疗方面发挥的作用越来越大，这一技术借助图像来传递所需要表达的信息，并借助视觉原理与处理技术，实现对物体信息的转化。由于图像测量技术存在可远程高精度操作、可测量多种物理量、可实现图像高精度定位以及自动化程度高等特点，因此，这一技术在无损检测中获得了非常广泛的应用。随着科学技术的进一步发展，基础设备的更新换代，图像成像技术的精度将会不断提高，更好的为社会提供测量服务。

参考文献：

[1]姚中博，张玉波，王海斗，李国禄，徐滨士.红外热成像技术在零件无损检测中的发展和应用现状[J].材料导报，2014，07：125-129.

[2]马保全，周正干.航空航天复合材料结构非接触无损检测技术的进展及发展趋势[J].航空学报，2014，07：1787-1803.

[3]郭伟，董丽虹，徐滨士，瞿特.主动红外热像无损检测技术的研究现状与进展[J].无损检测，2016，04：58-66.

[4]何勇，彭继宇，刘飞，张初，孔汶汶.基于光谱和成像技术的作物养分生理信息快速检测研究进展[J].农业工程学报，2015，03：174-189.

[5]洪深求，董浩，李晓辉，夏营威，任海敏，刘锋，张龙，刘勇.基于机器视觉的烟用接装纸几何参数测量系统的设计应用[J].烟草科技，2011，04：14-18.