CN106949830A - 一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法与应用，主要是针对成像系统中微观或者宏观物体的尺寸分析。本发明的构想由三部分完成，包括物体拍摄，图像提取和尺寸计算。测试技术的基本构成是成像系统，光源，透镜和光栅。其中，平行光技术主要是由光源和透镜配合完成；光栅的作用是形成等宽等距的平行光；成像系统则是将等宽等距的平行光转换成二维的光斑点阵。与传统的测试方法相比，本发明作为一种远程测试技术，测量方便快捷且精度高，特别是对于微观物体的测试更是具有明显的优势，可应用于工程测试，机械制造，材料检测等领域。

Description

一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法与应用

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法与应用。

背景技术

在日常的工程测试，机械制造，材料检测等过程中，物体的尺寸及其大小变化通常是一个至关重要的因素，比如裂缝的宽度、岩层的厚度、飞行物的大小等。一般来说，测量方法分为两种，接触式和非接触式。传统的测量方法一般采用千分尺或游标卡尺测量，主要由于其普适性强，对被测物体的材质和反射特性没有特殊要求，并且不受体色和曲率的影响。但是，作为一种接触性测量手段，微观物体测量的可操作性不强，在测试中没有放大功能。更重要的是，对于高耸结构，不易接近的物体更是难以测量，因而大大限制了其应用领域。

非接触式测量，作为一种新型的测试技术，指在不接触被测物体的前提下进行精准测量，一般通过采集变焦镜下物体的影像来实现。其中，最简单的方法就是直接在被测物体附近放置标尺，根据标尺的尺寸关系计算被测物体实际尺寸的大小。例如，中国专利公开号为CN104089580A提出了一种“基于智能手机实现的混凝土表面裂缝宽度测量仪及方法”的测试方法，主要原理是采用同一拍照条件下等距离成像的自制固定标尺作为参照，从而计算裂缝的宽度。但是，对于一些不易接近或者是表面粗糙的物体，标尺的固定也存在着实际困难。另外，测试的准确性也有待考究。为了解决上述问题，中国专利公开号为CN104501720A提出了一种“非接触式物理大小及距离图像测试仪”的测试方法，通过两个激光器的光斑中心的直线距离形成标尺。然而，在实际的操作过程中，很难控制这两条激光光线的方向，导致测量的准确度不高。

在前面的专利中，计算目标物体尺寸的主要原理是通过建立合适的参照物作为标尺从而实现尺寸的量化。由此可知，成像系统中标尺的选定十分重要，直接决定了物体尺寸测量的精度。对研究者来说，建立合适的标尺，也将是一项重大的挑战。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于：提供一种成像系统内置标尺的测试技术，此技术路线组成简单，成本低廉，易于实施。

另一目的是提供一种成像系统内置标尺的计算方法。此计算过程简单可靠，精度高。

再一目的是提供一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法的应用。此技术在日常的工程测试，机械制造，材料检测等过程中有巨大的应用前景。

本发明的目的将通过以下技术方案实行，一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法与应用主要由成像系统，光源，透镜和光栅四大组件构成。

所述的成像系统是高清摄像头，优选为手机，相机，显微镜等其中的一种。

所述的光源包括激光灯，荧光灯，白炽灯，碘钨灯等，优选为激光灯。

所述的光栅优选为透射光栅。

所述的透镜优选为凸透镜。

一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法，主要步骤包括以下三个部分：

（1）、物体拍摄：采用高清成像系统对物体所在平面进行拍摄，以获取包含有光斑点阵和物体的图像；所述的光斑点阵是由固定在凸透镜焦点处的光源折射产生的平行光，经过光栅后在平面上成像得到；

（2）、图像提取：从拍摄的图像中分别提取出光斑和物体，并识别和分析出离目标物体最近的相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数（m ），以及物体尺寸所对应的像素个数（n ）；

（3）、尺寸计算：根据离目标物体最近的相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数（m），光栅常数（d ），计算单个像素对应的实际长度（r ）；接着，通过单个像素对应的实际长度（r ）和物体尺寸所对应的像素个数（n ），计算物体实际尺寸大小（w ）。

步骤（1）中所述的光栅选用透射光栅，光栅常数定义为d 。

步骤（1）中所述的光源优选为激光灯，并且固定在凸透镜的焦点处。

步骤（3）中，单个像素对应的实际长度的计算公式为：。

步骤（3）中，物体实际尺寸大小的计算公式为：。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一、本发明中的测试技术主要由成像系统，光源，透镜和光栅四大组件构成。此技术路线组成简单，成本低廉，易于实施；

第二、本发明中的计算方法主要包括物体拍摄，图像提取和尺寸计算三个步骤。与其它方法相较，此计算过程简单可靠，精度高；

第三、 本发明是对现有测量技术的重要改变，作为一种新型的尺寸测量技术，直接将标尺放置到拍摄的图像中，通过平行光相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数和光栅常数的对应关系，再根据同一图像中测量物体的像素个数，计算物体的实际尺寸大小。此种测量技术既克服了传统接触式测量工作量大、工作环境危险等缺点，又解决了基于数字图像处理的远距离测量存在的专业技术高、图像处理过程中测量不准确等问题；

第四、通过平行光技术处理，获得平面的光斑方阵。相比于前面专利所述的调控两个激光器的方向，获得相应的对应关系计算目标物体的尺寸而言，此种方法由相邻光斑中心直线范围内所含像素的个数与光栅常数的对应关系形成标尺作为参照，避免了调控激光器方向所导致的测量影响，大大提高了测量的精度；

第五、选用二维的光斑点阵作为标尺，其成像的区域面积大，可以覆盖整个拍摄图像。并且，采用离目标物体最近的相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数和光栅常数的对应关系作为标尺，大大提高了测试的精度，并且增加了物体拍摄的灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例的技术路线图。

图2是本发明实施例的整体流程图。

具体实施方式

在实际生活生产中，一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法与应用主要涉及到裂缝的宽度、岩层的厚度、飞行物的大小等的测量，下面我们以测量裂缝宽度为例具体说明。

参照图1，一种成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法与应用，具体来说，主要是由成像系统，光源，透镜和光栅组成。

所述的成像系统是高清摄像头，优选为手机，相机，显微镜等其中的一种。

所述的光源包括激光灯，荧光灯，白炽灯，碘钨灯等，优选为激光灯。

所述的光栅优选为透射光栅。

所述的透镜优选为凸透镜。

对于裂缝宽度的测量，包括以下三个步骤（如图2）：

（1）、物体拍摄：采用高清摄像头对裂缝所在平面进行拍摄，以获取包含有光斑和目标物体的图像；所述的光斑是由固定在凸透镜焦点处的激光灯折射后产生的平行光，经过光栅后在平面上成像得到；

（2）、图像提取：从拍摄的图像中分别提取出光斑和裂缝，并识别和分析出离目标物体最近的相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数（m ），以及裂缝宽度所对应的像素个数（n ）；

（3）、尺寸计算：根据离目标物体最近的相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数（m），光栅常数（d ），计算单个像素对应的实际长度（r ）；接着，通过单个像素对应的实际长度（r ）和裂缝宽度所对应的像素个数（n ），计算物体实际尺寸大小（w ）。

其中，步骤（1）中所述的光栅是透射光栅，光栅常数定义为d 。

其中，步骤（1）中所述的激光灯，要固定在凸透镜的焦点处。

其中，步骤（3）中，单个像素对应的实际长度的计算公式为：。

其中，步骤（3）中，物体实际尺寸大小的计算公式为：。

本发明中成像系统内置标尺的测试技术的测量精度取决于成像系统的像素及成像视野的宽度。以3000 万像素（5500×5500 ）的高清相机为例，假设其成像视野为100 mm× 100 mm，则其测量的精度为像素的距离（即单个像素的长度r ），且。若高清相机的拍摄视野为1000 mm×1000 mm ，则同理可得其测量的精度为0.2 mm 。对于工程测试，机械制造，材料检测来说，这种测量精度已在许可的范围内，精度较高。

上述实施例为裂缝宽度的测量及计算方法的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，不局限于观测裂缝宽度。采用本发明的方法，通过相邻光斑与光斑中心直线范围内像素个数和光栅常数的对应关系作为标尺，可用于任何物体实际大小的测量。其他的在未背离本发明的精神实质与原理下所作的任何改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成像系统内置标尺的测试技术，主要由成像系统，光源，透镜和光栅组成。

2.根据权利要求1所述，其特征在于：所述的成像系统是高清摄像头，优选为手机，相机，显微镜等其中的一种。

3.根据权利要求1所述，其特征在于：所述的光源可选用激光灯，荧光灯，白炽灯，碘钨灯等其中的一种。

4.根据权利要求1所述，其特征在于：所述的光栅选用透射光栅。

5.根据权利要求1所述，其特征在于：所述的透镜选用的是凸透镜。

6.根据权利要求1～5任一项所述的成像系统内置标尺的测试技术及其计算方法，包括以下过程：

（1）物体拍摄：采用高清摄像头对物体所在平面进行拍摄，以获取包含有光斑点阵和物体的图像；所述的光斑点阵是由固定在凸透镜焦点处的光源折射后产生的平行光，经过光栅后在平面上成像得到；

（2）图像提取：从拍摄的图像中分别提取出光斑点阵和物体，并识别和分析出离目标物体最近的相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数（m ） ，以及物体尺寸所对应的像素个数（n ） ；

（3）尺寸计算：根据离目标物体最近的相邻光斑点之间的直线范围内所含像素个数（m）以及光栅常数（d ），计算单个像素对应的实际长度（r ）；接着，通过单个像素对应的长度（r ）和物体尺寸所对应的像素个数（n ），计算物体实际尺寸大小（w ）。

7.根据权利要求6所述，其特征在于：步骤（1）中所述的光栅选用透射光栅，光栅常数定义为d ；光源优选为激光灯，并且固定在凸透镜的焦点处。

8.根据权利要求6所述，其特征在于：步骤（3）中，单个像素对应的实际长度计算公式为：。

9.根据权利要求6所述，其特征在于：步骤（3）中，物体实际尺寸大小的计算公式为：。

10.根据权利要求6所述的成像系统内置标尺的测试技术在工程测试，机械制造，材料检测等方面具有应用前景。