邱卫卫
蚌埠市计量测试研究所
摘要：在工业测量中，摄影测量学的应用范围逐渐拓展，且作用也在逐渐凸显。本文针对以摄影测量学为基础的长度测量技术展开了研究，在分析传统测量方式的基础上，就当前自动化的长度测量和技术进行的分析了，并展望了其未来的发展趋势。
关键词：摄影测量学；长度测量；技术
1、摄影测量学及长度测量技术概述
长度测量技术作为测量检测技术的主要构成部分之一，长度测量技术水平的提高对社会、经济、科技的发展具有重要的意义。近年来，基于摄影测量学的长度测量方法已成为长度检测技术研究的一大热点。摄影测量学是一个由传统的摄影测量学、光学测量与计算机视觉和数字图像处理分析等学科交叉、融合的新兴学科，主要研究利用摄像机、照相机等图像获取装置，对动态、静态物体进行拍摄得到序列或单帧数字图像，再应用数字图像处理分析等技术，结合各种目标三维信息的求解和分析算法，对目标结果参数或运动参数进行测量估计的理论和技术。基于摄影测量学的自动测量系统，可以从根本上解决人工测量效率低、精度低的问题，同时可以针对零件缺陷的形态进行鉴别和统计，具有更好的优越性。
2、传统的长度测量技术分析
2.1 单项测量和综合测量
单项测量是分别测量被测件的几何参数，例如螺纹的中径、半角和螺距；齿轮的齿形、周节和齿向等，可根据测量结果分析工艺误差。综合测量是测量由各有关参数折合而成的某一当量或综合测量各有关参数，例如用螺纹量规检验螺纹折合中径和齿轮单面啮合检查仪测量齿轮切向综合误差等。综合测量是一种模拟实际使用情况的测量方法，测量结果能较真实地反映使用质量，测量效率也高，适用于检验工件合格与否。
2.2 绝对测量和相对测量
绝对测量是指量值直接表示被测长度全长的测量方法。相对测量是指量值仅表示被测长度偏差的测量方法，例如用比较仪和量块测量。
2.3 接触测量和不接触测量
接触测量是指被测表面与长度测量工具的测头有机械接触；不接触测量是指利用光学、气动等瞄准定位方法，长度测量工具的瞄准定位部分或测头等不与被测表面接触。例如用激光扫描法(见激光测长技术)测量外径和气动测头测量直径等。2.4 直接测量和间接测量
直接测量是将被测长度与已知长度直接比较，从而得出所需的测量结果，是常用的测量方法。间接测量的测量结果是通过测量与被测长度有一定函数关系的长度，经过计算后得到的。例如测量大型工件外径时，也有采用测量圆周长度，经过计算后求出外径的。
2.5 主动测量和被动测量
主动测量是把加工过程中测量所得信息直接用于控制加工过程以得到合格工件的测量。被动测量也称线外测量，是测量结果不直接用于控制加工精度的测量。
3、基于摄影测量学的长度测量图像处理技术
3.1 图像增强技术
图像增强技术作为一类基本的图像预处理技术，主要有两大类的应用，一类是改善图像的视觉效果; 一类是突出图像的特征，便于计算机处理。直方图均衡化是使图像对比度得到增强的一种有效方法，它主要针对图像的灰度信息进行处理，是图像增强的常用方法之一，它以概率论为基础，通过点运算使输出图像在每一灰度级上都有相同像素点数，创建一幅在整个亮度范围内具有相同分布的亮度图像。最终增强了靠近直方图极大值附近的亮度的对比度，减小了极小值附近的亮度的对比度，图像增强效果比较明显，本实验就是采用直方图均衡化进行图像增强的。
3.2 图像平滑技术
图像噪声是在图像处理中经常会遇到的问题，它的存在会使图像质量下降，如果不在早期进行去除，会对后续的图像分析和图像处理产生极大的不便，因此解决图像噪声问题在图像处理过程中是不可忽视的。根据噪声的性质不同，消除噪声的方法也有所不同。随机噪声是一种线索最少却最常见的噪声。对于多帧图像，可以通过取其平均值的方式达到减小噪声的目的，帧数越多越接近实际值。然而，对于单帧图像，随机噪声的像素实际灰度值是不可知的，此时，只能尽量使噪声对图像的影响达到最小化。一般情况下，把利用噪声的性质来消除图像噪声的方法称为图像平滑。常用的图像平滑方法有均值滤波、中值滤波和高斯滤波等。考虑到图像平滑效果，本实验采用了高斯滤波，该方法去噪效果更为明显，并且能够保护图像的边缘信息。
3.3 图像阈值分割
阈值分割的原理是利用图像中要提取的目标物与其背景在灰度特性上的差异，把图像视为具有不同灰度级的两类区域( 目标和背景) 的组合，选取一个合适的阈值，以确定图像中每一个像素点应该属于目标还是背景区域，从而得到相应的二值图像。通过阈值分割可以把图像和背景分割出来，不仅可以大量压缩数据，减少存储容量，而且大大简化了其后的分析和处理步骤。目前在阈值分割领域，常用的分割算法包括 Otsu 算法、双峰算法和分水岭算法。
3.4图像边缘提取
图像边缘提取，目的是将有意义的目标与背景区分开来，即将图像中像素强度突变的不连续点进行定位、提取。边缘是图像的最基本特征，包含在背景与目标之间，含有丰富的图像信息，也是一个区域的终结和另一个区域的开始。因此图像的边缘轮廓提取是图像处理过程中的一个重要环节，也是图像处理的研究重点，提取效果的精确与否直接影响着测量实验的精确程度。常用的边缘检测算子有: Ｒober 算子、Sobel 算子、Prewitt 算子以及Canny 算子等。
3.5长度测量误差的处理
系统测量误差是指在重复测量中保持不变或者按照可预见方式变化的测量误差的分量。测量误差分为系统测量误差和随机测量误差，系统误差是其中的一个分量，其来源可以是未知的也可以是已知的，对已知的来源可以采取措施减小甚至消除。随即测量误差是指在重复测量中按照不可预见的方式变化的测量误差的分量。测量误差分为系统测量误差和随机测量误差，随机测量误差也是其中的一个分量，影响量的随机变化能够引起随机误差，随机误差也导致了重复测量中数据的分散性。
4、长度测量的发展趋势
长度测量直接关系到人们的健康、安全和切身利益，长度测量领域测量器具量多面广，它覆盖了人们生活的方方面面。同时在广泛的社会活动中，每天都进行着大量的长度测量活动，贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境监测各方面都离不开长度测量，长度测量技术作为测量技术的基础，它为测量的准确、可靠提供了保障，更是确保了国家测量单位制度的统一和全国量值的准确可靠。长度测量技术在各个宏观微观领域应用广泛，在宏观天体距离的测量上，长度测量技术保证测量精度更高，距离更加准确；在微观长度测量领域，随着技术水平的提高，势必给微观位移量测量带来新的大发展。测量技术水平代表着一个国家的国力和竞争力，而长度测量技术的发展势头迅猛，它应用在祖国的各行各业，在国民经济发展的方方面面都起到了决定性的作用。在现代经济社会建设中，长度测量技术是测量基础。长度测量技术虽然不是能够直接生产出产品和创造出经济价值的实际性技术，但它却能创造出更多更大的经济效益和经济价值，其意义深远。 新中国成立以后，全国测量工作者一直努力按照国家的要求，全面建设国家的现代测量体系。而今，在党的“十八大”的号召下，国家发布了2013—2020年的《测量发展规划》，规划对我国的测量工作重点部署，这充分体现了测量工作对于科技进步、社会发展、产业升级和人民福祉有着重要的作用。
5、总结
摄影测量学在工业测量中的应用，提高了长度测量技术的精度及效率，并且在国家的支持下，这一技术必将会应用到社会生活中的各个领域中。
参考文献
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