摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對測量要求越來越高，尤其是大尺寸的目標(biāo)測量，一般要求其測量范圍大、測量精度高或者需要實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量。文章針對大尺寸物體的尺寸測量問題，研究了國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，對如今接觸式測量和非接觸式測量的技術(shù)做了簡單介紹，較詳盡地描述了非接觸式測量中的視覺測量。

關(guān)鍵詞：大尺寸；尺寸測量；視覺測量

1 概述

由于經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化工業(yè)對大尺寸物體測量需求日益升高，例如鑄造行業(yè)、鋼鐵企業(yè)、船舶與航天企業(yè)等，大尺寸物體的測量逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。如今國內(nèi)外較傳統(tǒng)成熟的測量方法主要分為兩類，接觸式測量和非接觸式測量。主要包括計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)、超聲波測量、激光測量、室內(nèi)全球定位系統(tǒng)等測量技術(shù)。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

首先接觸式測量中，超聲波測量中接觸式測厚儀由主機(jī)和探頭兩部分組成，在被測物體內(nèi)應(yīng)用超聲波脈沖的反射原理進(jìn)行[1]。該方法雖然成本較低但精度容易受影響，例如測量物體表面不光滑、環(huán)境溫度偏高等都容易影響測量精度。典型的接觸式測量還有三坐標(biāo)測量機(jī)，測量時測量機(jī)的測頭接觸被測工件，系統(tǒng)自動記錄被測量點(diǎn)的三圍坐標(biāo)信息，進(jìn)而根據(jù)多個空間點(diǎn)坐標(biāo)信息計(jì)算出被測物體幾何尺寸或者位置等[2]。該方法雖然精度較高但滿足不了實(shí)時性無法實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量。激光跟蹤測量系統(tǒng)根據(jù)目鏡返回的光束來實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量目標(biāo)的距離[3]。該方法效率及成本都較高，并且激光也極易受周圍大氣溫度等的影響。

非接觸式測量有很多種，例如射線法、激光法、結(jié)構(gòu)光測量法、視覺測量法、漏磁法等。文獻(xiàn)[4]應(yīng)用了漏磁法，漏磁法對被測物體的材質(zhì)要求較高，一般要求物體能夠被磁化。X射線本質(zhì)上其實(shí)是一種電磁波，其對環(huán)境有較高的適應(yīng)能力，文獻(xiàn)[5]便將射線法應(yīng)用于鋼板尺寸的測量。國外研究領(lǐng)域，法國Mensi公司生產(chǎn)的掃描儀可以輕松實(shí)現(xiàn)被測物的三維重構(gòu)，Mensi S25利用了平面三角法[6]。結(jié)構(gòu)光三維測量方面如德國GOM公司的ATOS三維掃描儀為工業(yè)測量提供了一種非接觸式的三維光學(xué)測量。文獻(xiàn)[7]基于結(jié)構(gòu)光光柵投影，利用傅里葉變換輪廓測定法來實(shí)現(xiàn)三維物體形狀的自動測量。測厚儀器的研究方面如德國 IMS 公司提供的X射線測厚儀是一種以X射線為載體的非接觸式厚度測量系統(tǒng)，在未接觸條件下對帶鋼的厚度完成測量，測量精度高達(dá)1‰。并且在全世界第一次成功地把軋機(jī)的厚度測量和速度測量系統(tǒng)緊湊地裝在一個測量框架上，厚度測量系統(tǒng)采用IMS公司單一通道X光測厚裝置，速度測量采用VLM 200 SD裝置，在許多軋機(jī)上成功使用[8]。CCD測寬方面如加拿大KELK公司的ACCUBAND系列測寬儀[9]性能較好，該儀表用兩個線陣CCD的攝像頭看帶鋼。帶鋼的每個邊緣都能被兩個攝像頭從不同的角度看到。用帶鋼邊緣在CCD陣列上的圖像和攝像頭到測量區(qū)域的幾何關(guān)系可以計(jì)算出兩個邊緣的橫向和垂直方向的位置，進(jìn)而得出帶鋼寬度。

除此之外，非接觸式測量中視覺測量技術(shù)迅速發(fā)展和逐漸成熟，越來越普遍與受重視，它廣泛應(yīng)用在航天、工業(yè)、軍事、醫(yī)療等各個行業(yè)。計(jì)算機(jī)視覺指的是利用攝像機(jī)等各種成像系統(tǒng)來代替人眼和大腦，需要對獲取的圖像做進(jìn)一步處理，對獲取的目標(biāo)進(jìn)行識別等工作，最終使得計(jì)算機(jī)能夠像人一樣能夠觀察和識別各種物體。典型的計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)主要包括雙目立體視覺、單目視覺以及基于結(jié)構(gòu)光的視覺測量?；陔p目立體視覺的尺寸測量問題，對外形不規(guī)則的大尺寸物體測量十分有效，首先需要提取目標(biāo)物體特征點(diǎn)，進(jìn)一步特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，然后通過對三維點(diǎn)的重建來實(shí)現(xiàn)被測物體的尺寸測量[10]。Shinichi Goto[11]等提出了結(jié)合雙目立體視覺與運(yùn)動視覺的一種三維測量方法，提高了三維視覺的測量精度。單目視覺測量領(lǐng)域中，一個相機(jī)所拍攝的一張圖像往往無法包含整個待測物體，此時需要多個攝像機(jī)拍攝多張圖像，終究屬于單目測量，但需要進(jìn)一步將多副圖像拼接為一副完整圖像。1965年計(jì)算機(jī)圖形學(xué)創(chuàng)始人Ivan Suthutherland最先提出了全景圖像拼接這一課題。文獻(xiàn)[12]提出了基于投影的測量拼接方法，該方法利用基于隨機(jī)抽樣一致性算法，將不同區(qū)域的局部三維數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，最終得到完整待測鋼板的三圍數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而測得物體尺寸。文獻(xiàn)[13]采用了一種基于坐標(biāo)變換的拼接方法，將多幅有重疊部分的圖像變換到同一坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)圖像拼接，然后在拼接圖像上提取待測目標(biāo)特征進(jìn)而對其尺寸加以測量。

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作者簡介：韋飛云（1990，9-），女，漢，籍貫：河北滄州，碩士研究生，單位：沈陽理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，計(jì)算機(jī)軟件與理論專業(yè)，研究方向：圖像處理與分析技術(shù)。