本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)及其計(jì)算方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在日常的工程測(cè)試，機(jī)械制造，材料檢測(cè)等過(guò)程中，物體的尺寸及其大小變化通常是一個(gè)至關(guān)重要的因素，比如裂縫的寬度、巖層的厚度、飛行物的大小等。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量方法分為兩種，接觸式和非接觸式。傳統(tǒng)的測(cè)量方法一般采用千分尺或游標(biāo)卡尺測(cè)量，主要由于其普適性強(qiáng)，對(duì)被測(cè)物體的材質(zhì)和反射特性沒(méi)有特殊要求，并且不受體色和曲率的影響。但是，作為一種接觸性測(cè)量手段，微觀物體測(cè)量的可操作性不強(qiáng)，在測(cè)試中沒(méi)有放大功能。更重要的是，對(duì)于高聳結(jié)構(gòu)，不易接近的物體更是難以測(cè)量，因而大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

非接觸式測(cè)量，作為一種新型的測(cè)試技術(shù)，指在不接觸被測(cè)物體的前提下進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，一般通過(guò)采集變焦鏡下物體的影像來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，最簡(jiǎn)單的方法就是直接在被測(cè)物體附近放置標(biāo)尺，根據(jù)標(biāo)尺的尺寸關(guān)系計(jì)算被測(cè)物體實(shí)際尺寸的大小。例如，中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為cn104089580a提出了一種“基于智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)的混凝土表面裂縫寬度測(cè)量?jī)x及方法”的測(cè)試方法，主要原理是采用同一拍照條件下等距離成像的自制固定標(biāo)尺作為參照，從而計(jì)算裂縫的寬度。但是，對(duì)于一些不易接近或者是表面粗糙的物體，標(biāo)尺的固定也存在著實(shí)際困難。另外，測(cè)試的準(zhǔn)確性也有待考究。為了解決上述問(wèn)題，中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為cn104501720a提出了一種“非接觸式物理大小及距離圖像測(cè)試儀”的測(cè)試方法，通過(guò)兩個(gè)激光器的光斑中心的直線距離形成標(biāo)尺。然而，在實(shí)際的操作過(guò)程中，很難控制這兩條激光光線的方向，導(dǎo)致測(cè)量的準(zhǔn)確度不高。

在前面的專(zhuān)利中，計(jì)算目標(biāo)物體尺寸的主要原理是通過(guò)建立合適的參照物作為標(biāo)尺從而實(shí)現(xiàn)尺寸的量化。由此可知，成像系統(tǒng)中標(biāo)尺的選定十分重要，直接決定了物體尺寸測(cè)量的精度。對(duì)研究者來(lái)說(shuō)，建立合適的標(biāo)尺，也將是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于：提供一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)，此技術(shù)路線組成簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)施。

另一目的是提供一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的計(jì)算方法。此計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單可靠，精度高。

再一目的是提供一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)及其計(jì)算方法的應(yīng)用。此技術(shù)在日常的工程測(cè)試，機(jī)械制造，材料檢測(cè)等過(guò)程中有巨大的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的目的將通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)行，一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)及其計(jì)算方法與應(yīng)用主要由成像系統(tǒng)，光源，透鏡和光柵四大組件構(gòu)成。

所述的成像系統(tǒng)是高清攝像頭，優(yōu)選為手機(jī)，相機(jī)，顯微鏡等其中的一種。

所述的光源包括激光燈，熒光燈，白熾燈，碘鎢燈等，優(yōu)選為激光燈。

所述的光柵優(yōu)選為透射光柵。

所述的透鏡優(yōu)選為凸透鏡。

一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)及其計(jì)算方法，主要步驟包括以下三個(gè)部分：

（1）、物體拍攝：采用高清成像系統(tǒng)對(duì)物體所在平面進(jìn)行拍攝，以獲取包含有光斑點(diǎn)陣和物體的圖像；所述的光斑點(diǎn)陣是由固定在凸透鏡焦點(diǎn)處的光源折射產(chǎn)生的平行光，經(jīng)過(guò)光柵后在平面上成像得到；

（2）、圖像提?。簭呐臄z的圖像中分別提取出光斑和物體，并識(shí)別和分析出離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點(diǎn)之間的直線范圍內(nèi)所含像素個(gè)數(shù)（m），以及物體尺寸所對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)（n）；

（3）、尺寸計(jì)算：根據(jù)離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點(diǎn)之間的直線范圍內(nèi)所含像素個(gè)數(shù)（m），光柵常數(shù)（d），計(jì)算單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度（r）；接著，通過(guò)單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度（r）和物體尺寸所對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)（n），計(jì)算物體實(shí)際尺寸大小（w）。

步驟（1）中所述的光柵選用透射光柵，光柵常數(shù)定義為d。

步驟（1）中所述的光源優(yōu)選為激光燈，并且固定在凸透鏡的焦點(diǎn)處。

步驟（3）中，單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：。

步驟（3）中，物體實(shí)際尺寸大小的計(jì)算公式為：。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一、本發(fā)明中的測(cè)試技術(shù)主要由成像系統(tǒng)，光源，透鏡和光柵四大組件構(gòu)成。此技術(shù)路線組成簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)施；

第二、本發(fā)明中的計(jì)算方法主要包括物體拍攝，圖像提取和尺寸計(jì)算三個(gè)步驟。與其它方法相較，此計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單可靠，精度高；

第三、本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的重要改變，作為一種新型的尺寸測(cè)量技術(shù)，直接將標(biāo)尺放置到拍攝的圖像中，通過(guò)平行光相鄰光斑點(diǎn)之間的直線范圍內(nèi)所含像素個(gè)數(shù)和光柵常數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再根據(jù)同一圖像中測(cè)量物體的像素個(gè)數(shù)，計(jì)算物體的實(shí)際尺寸大小。此種測(cè)量技術(shù)既克服了傳統(tǒng)接觸式測(cè)量工作量大、工作環(huán)境危險(xiǎn)等缺點(diǎn)，又解決了基于數(shù)字圖像處理的遠(yuǎn)距離測(cè)量存在的專(zhuān)業(yè)技術(shù)高、圖像處理過(guò)程中測(cè)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題；

第四、通過(guò)平行光技術(shù)處理，獲得平面的光斑方陣。相比于前面專(zhuān)利所述的調(diào)控兩個(gè)激光器的方向，獲得相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算目標(biāo)物體的尺寸而言，此種方法由相鄰光斑中心直線范圍內(nèi)所含像素的個(gè)數(shù)與光柵常數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系形成標(biāo)尺作為參照，避免了調(diào)控激光器方向所導(dǎo)致的測(cè)量影響，大大提高了測(cè)量的精度；

第五、選用二維的光斑點(diǎn)陣作為標(biāo)尺，其成像的區(qū)域面積大，可以覆蓋整個(gè)拍攝圖像。并且，采用離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點(diǎn)之間的直線范圍內(nèi)所含像素個(gè)數(shù)和光柵常數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系作為標(biāo)尺，大大提高了測(cè)試的精度，并且增加了物體拍攝的靈活性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)路線圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的整體流程圖。

具體實(shí)施方式

在實(shí)際生活生產(chǎn)中，一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)及其計(jì)算方法與應(yīng)用主要涉及到裂縫的寬度、巖層的厚度、飛行物的大小等的測(cè)量，下面我們以測(cè)量裂縫寬度為例具體說(shuō)明。

參照?qǐng)D1，一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)及其計(jì)算方法與應(yīng)用，具體來(lái)說(shuō)，主要是由成像系統(tǒng)，光源，透鏡和光柵組成。

所述的成像系統(tǒng)是高清攝像頭，優(yōu)選為手機(jī)，相機(jī)，顯微鏡等其中的一種。

所述的光源包括激光燈，熒光燈，白熾燈，碘鎢燈等，優(yōu)選為激光燈。

所述的光柵優(yōu)選為透射光柵。

所述的透鏡優(yōu)選為凸透鏡。

對(duì)于裂縫寬度的測(cè)量，包括以下三個(gè)步驟（如圖2）：

（1）、物體拍攝：采用高清攝像頭對(duì)裂縫所在平面進(jìn)行拍攝，以獲取包含有光斑和目標(biāo)物體的圖像；所述的光斑是由固定在凸透鏡焦點(diǎn)處的激光燈折射后產(chǎn)生的平行光，經(jīng)過(guò)光柵后在平面上成像得到；

（2）、圖像提?。簭呐臄z的圖像中分別提取出光斑和裂縫，并識(shí)別和分析出離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點(diǎn)之間的直線范圍內(nèi)所含像素個(gè)數(shù)（m），以及裂縫寬度所對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)（n）；

（3）、尺寸計(jì)算：根據(jù)離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點(diǎn)之間的直線范圍內(nèi)所含像素個(gè)數(shù)（m），光柵常數(shù)（d），計(jì)算單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度（r）；接著，通過(guò)單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度（r）和裂縫寬度所對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)（n），計(jì)算物體實(shí)際尺寸大小（w）。

其中，步驟（1）中所述的光柵是透射光柵，光柵常數(shù)定義為d。

其中，步驟（1）中所述的激光燈，要固定在凸透鏡的焦點(diǎn)處。

其中，步驟（3）中，單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：。

其中，步驟（3）中，物體實(shí)際尺寸大小的計(jì)算公式為：。

本發(fā)明中成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測(cè)試技術(shù)的測(cè)量精度取決于成像系統(tǒng)的像素及成像視野的寬度。以3000萬(wàn)像素（5500×5500）的高清相機(jī)為例，假設(shè)其成像視野為100mm×100mm，則其測(cè)量的精度為像素的距離（即單個(gè)像素的長(zhǎng)度r），且。若高清相機(jī)的拍攝視野為1000mm×1000mm，則同理可得其測(cè)量的精度為0.2mm。對(duì)于工程測(cè)試，機(jī)械制造，材料檢測(cè)來(lái)說(shuō)，這種測(cè)量精度已在許可的范圍內(nèi)，精度較高。

上述實(shí)施例為裂縫寬度的測(cè)量及計(jì)算方法的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，不局限于觀測(cè)裂縫寬度。采用本發(fā)明的方法，通過(guò)相鄰光斑與光斑中心直線范圍內(nèi)像素個(gè)數(shù)和光柵常數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系作為標(biāo)尺，可用于任何物體實(shí)際大小的測(cè)量。其他的在未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的任何改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。