图像测量技术综述
1. 引言
图像测量技术广泛应用于 智能交通、安防、工业产品质量检测等各个领域，并且随着计算机技术和信息技术的发展，其实现方法和手段也日新月异。
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2.图像测量背景
传统的几何量测量方法，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。目前，对测量技术的精度，测量效率以及测量自动化程度的要求也越来越高，传统的检测原理和技术已经难以适应这个新的要求。特别是在某些特定场合，如微小尺寸，曲面轮廓等的在线测试课题，已成为传统测量方法实现的难题。因此，探索新的测量方法，具有十分重要的现实意义。
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—图像测量技术。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。
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，特别是电荷藕合器件(Charge Coupled Device，CCD)技术的发展，进一步促进了图像测量技术的形成和发展。
电荷藕合器件(CCD)是20世纪70年代初发展起来的一种新型半导体器件，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。
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3. 图像测量技术的特点
(l)与被观测的对象无接触：对观测与被观测者都不会产生任何损伤，十分安全可靠，这是其他测量方式无法比拟的。
(2)提高测量的精度：利用各种图像目标模式定位方法，特别是亚像素定位技术，可以明显地提高图像目标的定位精度。
(3)可测量传统方法不易测量的物理量：许多肉眼无法分辨的物理量，例如与待测相位有关的干涉条纹的亮度变化量，异形区域的面积，连续变化的亮度场、色彩场、条纹方位场等都可以利用图像测量技术来实现；另外，人无法长时间或在某些恶劣环境下观察的对象，也可以通过采集图像的方式进行研究。
(4)对成像系统的高精度标定和修正：成像系定和误差修正是精密测量的重要环节之一。用数字图像处理技术可以实现对摄像系统高精度的标定和误差修正，为高精度光学测量提供坚实的基础。
(5)动化程度高：随着计算机技术的不断发展，各类图像采集、处理新硬件的出现为图像测量技术提供了新的方法和手段，再加上处理算法自动化程度效率的提高，使得该技术处理分析的自动化程度大大提高，这样极大地减少了处理的工作量和时间，为在线测量赢得了时间。
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4. 当前图像测量研究现状
对图像测量的研究,日本，德国，美国等国家开始的比较早，提出了许多测量原理和方法，而我国在这方面的研究则开展的较晚一些.我国是从80年代中期开始图像测量技术研究的，当时典型的应用是使用线阵电荷藕合器件(CCD)进行长度的在线测量，如对钢丝直径的测量，但由于每个像素的间距不可能太小，因此精度并不高。而由于当时面阵CCD的价格昂贵，因而基于二维摄像图像测量系统，应用较少。
最近二十几年来，图像测量技术在国内外发展很快，已广泛应用到几何量的尺寸测量，精密复杂零件的微尺寸测量和外观检测，航空遥感测量，以及光波干涉图、应力应变场状态分布图等许多方面。图像测量技术的迅速崛起和发展除了由于应用需求领域的不断扩展外，还得益于计算机技术的突飞猛进和数字图像处理技术的日臻完善。反之，由于CCD制造工艺和IC技术的不断改进和提高，使基于CCD摄像的图像测量系统不仅性能越来越高，而且其成本有所下降，这更进一步刺激着这一技术领域的快速发展。
图像测量系统的高分辨率、高灵敏度、光谱响应宽、动态范围大等特性是传统测量仪所无法比拟的。图像测量技术对环境没有特殊要求，非常适合于一些传统测量手段难以实现的场合应用。
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5. 图像测量技术原理
5.1 图像测量系统的结构
如上图所示，图像测量系统一般由硬件和软件两部分组成，硬件系统包括：传感器、图像采集卡和计算机，软件系统视具体情况而定，功能主要包括控制图像卡、采集图像和处理计算图像三大部分。
图像测量系统按照所用传感器的不同可分为红外成像、CCD成像、激光成像、声纳成像等，其中以CCD成像在光学图像测量系统中应用最为广泛。这是由于CCD本身的自扫描、高分辨率、高精度、高灵敏度、高可靠性、低噪声、长寿命、尺寸小、动态范围大、坚固耐冲击等特点所决定的。
5.2 图像处理技术
图像平滑可用噪声滤波器实现，常用的噪声滤波器从整体上可以分线性滤波器和非线性滤波器两类。目前，最常用的图像去噪工具是均值滤波器和和中值滤波器，他们各是线性滤波器和非线性滤波器的典型代表。
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6. 图像测量技术应用
随着各种新型传感器的发明与推广， 图像测量技术的应用范围越来越广，对环境的要求也越来越低。从国防、安防、医疗、工业到地质测量，无论是天空、陆地还是海洋，不管是白天还是黑夜，利用合适的传感器和图像处理技术，都能实现都目标的视频测量。
X 线成像技术适合于综合性医院门诊、大量胸部拍片、体检的需要，代替传统的透视机；适合于儿童的拍片、体检、透视的需要，保护少年儿童；适合于胸部、肺部、肿瘤专科医院；适合于对育龄妇女计划生育的检查；适合于婚前体检，代替胸部透视。这种装置目前国内已经研制生产并投入使用，其探测器为多丝正比室。北京航天中兴医疗系统有限公司可提供系列产品。
SDI 信号的视频测量：数字视频信号测量是为了让图像更加准确，保证图像质量。在视频图像信号传输过程中，包含的错误信息来自于A ／D 、D ／A 转换、串并行切换、误码率、格式错误、抖动以及帧丢失等。SDI 信号对于分析数字电视传输质量至关重要。SDI 信号的测量包括以下项目：1) 电气性能：SDI 眼圈、SDI 抖动、SDI 漂移：2) 视频格式和内容：SDI 格式监视、SDI 附属数据分析、SDI 附属数据分配分析、SDI 波形、SDI 闪电、SDI 音频测量；3) 定时：SD1 通道间定时、SD1 音频，视频定时。
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7. 图像测量的发展趋势
虽然 图像测量技术的应用非常广泛，但是在很多方面也存在着一些需要改进的地方。例如：如何改善CCD成像的精度和实时性；合成 孔径声纳技术中，如何更稳定地、经济地获得具有高而且均匀的空间分辨率的性能；激光扫描三维成像技术还不成熟等。
随着时代对制造技术和测量技术提出要求的不断提高，专家们预计，21世纪图像测量技术的发展趋势大致如下:
(1)测量精度由微米级向纳米级发展，进一步提高测量分辨率；
(2)由点测量向面测量过渡，提高整体测量精度(即由长度的精密测量扩展至形状的精密测量)；
(3)采用在线测量以逐步替代线外测量，采用实时测量并将测量信息反馈用于过程控制，构造高精度、智能化动态系统。
(4)微电子技术、微型计算机技术、现场总线技术与仪器仪表和传感器的结合，构成新一代智能化视频测量系统，使测量精度、自动化水平进一步提高。
总之，图像测量技术必须实现高精度化，同时要求实现高速化和高效率化。因此，高效率测量与智能化测量将成为本世纪图像测量技术的重要发展方向。
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8. 小结
随着时代对制造技术和测量技术提出要求的不断提高，专家们预计21世纪，图像测量技术的测量精度将会由微米级向纳米级发展，进一步提高测量分辨率；会由点测量向面测量过渡，提高整体测量精度（即由长度的精密测量扩展至形状的精密测量）；采用在线测量以逐步替代线外测量，采用实时测量并根据测量信息反馈于加工过程。图像测量技术目前已经广泛地参与到国计民生的各个领域，在一些新生领域（如纳米材料、微机电器件）也已开始呼唤这一方面的技术。图像测量技术突破了人眼视觉的限制，扩展了人眼的视觉机能；实现了工业产品质量的自动检测，解决了人工检测的繁重和成本大等重大问题。图像测量技术作为一种新兴的非接触测量方法，有广阔的发展前景。作为一种重要的无损检测技术，对其有效的采用不仅可以在工业生产中获得直接经济效益，而且可以在防止事故发生以及保障安全等方面获得间接经济效益和社会效益。
