0 引言

土木工程位移監(jiān)測(cè)從理論上來(lái)說(shuō)可以使用收斂計(jì)、鉆孔伸長(zhǎng)計(jì)和鉆孔傾斜儀等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然而由于施工過(guò)程中堰坡的施工范圍較大，故經(jīng)緯儀（包括電子經(jīng)緯儀）、水準(zhǔn)儀、激光測(cè)距儀、全站儀等光學(xué)儀器在堰坡監(jiān)測(cè)中很受重視。這些傳統(tǒng)方法具有精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是這種測(cè)量方法在使用的過(guò)程中，需要借助一些專業(yè)性的設(shè)備，來(lái)獲取相應(yīng)的觀測(cè)數(shù)值，想要獲得更加精確的變形值，還需要經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理，整個(gè)過(guò)程比較復(fù)雜，需要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間和精力，才能得到變形數(shù)值，測(cè)量效率并不高，無(wú)法對(duì)堰坡施工過(guò)程的位移變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。于是近年來(lái)，一種新的測(cè)試技術(shù)GPS測(cè)量得到了新的發(fā)展與應(yīng)用，這個(gè)技術(shù)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，尤其是在工程建設(shè)領(lǐng)域中，其產(chǎn)生的作用非常突出，可以根據(jù)不同地區(qū)的特征來(lái)獲取更加精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。信息受到天氣因素影響的效果并不顯著。除此之外，這種技術(shù)使用的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：可以達(dá)到全天候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)效果，提高測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果的精確性和持續(xù)性，可以自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，但是想要使用這種測(cè)量方法，需要支付較高的成本，在一些工程中，可能會(huì)存在較多的測(cè)試點(diǎn)，對(duì)于這類工程往往就不適合這種測(cè)量方法。GPS技術(shù)在實(shí)際使用的過(guò)程中，想要得到更加精確的測(cè)量數(shù)值，還需要使用一些地面輔助設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些設(shè)備往往是固定的，無(wú)法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描跟蹤。在工程數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中，還涉及到一種基于現(xiàn)代化信息信息技術(shù)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)，這種技術(shù)操作非常簡(jiǎn)單，借助照相機(jī)原理，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行多維度拍攝，來(lái)獲取相應(yīng)的數(shù)字圖像，接著就是進(jìn)一步對(duì)獲取到的數(shù)字圖像進(jìn)行技術(shù)分析，來(lái)獲取相應(yīng)的參數(shù)，這種測(cè)量方法和傳統(tǒng)攝影測(cè)量方法有很大的差異，關(guān)鍵體現(xiàn)在實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)獲取方式上，傳統(tǒng)方式主要是借助膠片來(lái)確定物體的位置，而數(shù)字圖像處理分析技術(shù)則是根據(jù)目標(biāo)在不同時(shí)間空間位置的波動(dòng)變化，來(lái)計(jì)算得到相應(yīng)的位移變化數(shù)值。但是在當(dāng)前數(shù)字圖像處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還存在一定的局限性，但很多領(lǐng)域的作用尚未得到充分發(fā)揮，使用到的測(cè)量工具有所局限，市場(chǎng)上尚未批量生產(chǎn)精確值較高的測(cè)量?jī)x器。本課題組對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并取得了顯著的成效，解決了多點(diǎn)測(cè)量的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、全天侯，自動(dòng)跟蹤變形等難題。該技術(shù)將應(yīng)用于本項(xiàng)目中，將建立施工動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)堰坡位移安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警等功能。

1 項(xiàng)目監(jiān)測(cè)基本原理

1.1 圖像的數(shù)字化處理

光測(cè)存在的主要特征就是，不需要直接與拍攝目標(biāo)進(jìn)行接觸，可以達(dá)到更加高效的測(cè)量精度數(shù)值，并且能夠?qū)φ麄€(gè)物體的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況進(jìn)行掌控，削弱外在事物對(duì)被測(cè)物體帶來(lái)的干擾影響，能夠獲取更加客觀可信的測(cè)量數(shù)據(jù)。

光測(cè)數(shù)字圖像處理分析技術(shù)之所以得到廣泛應(yīng)用，和計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣與應(yīng)用有很大的關(guān)聯(lián)，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和信息技術(shù)的有效融合，能夠達(dá)到更加高效的數(shù)字圖像提取效果，進(jìn)而對(duì)數(shù)字圖像中涉及到的關(guān)鍵特征信息進(jìn)行提取，就可以獲得更加精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)值。

圖像就是一種用來(lái)存儲(chǔ)信息的新型方式，可以通過(guò)人的感官系統(tǒng)，來(lái)對(duì)圖像中所包含的信息進(jìn)行提取。眼睛可以通過(guò)物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換，完成信息的記錄。圖像能夠更好地反映出客觀世界的真實(shí)情況，可以通過(guò)紅外線、X射線等，來(lái)獲取不同的數(shù)字圖像，達(dá)到預(yù)期的數(shù)值測(cè)量效果。

圖像獲取數(shù)據(jù)信息的詳細(xì)情況，往往會(huì)受到一些因素的影響，例如記錄內(nèi)容、投射能力，目標(biāo)物體的反射能力等。圖像特征的獲取情況，最容易受到光強(qiáng)度和色彩等因素的影響?？梢允褂靡韵鹿絹?lái)反映這些因素之間存在的關(guān)系：

僅僅依賴于計(jì)算機(jī)和數(shù)字成像來(lái)獲取數(shù)據(jù)，可能會(huì)受到設(shè)備自身離散性因素的影響，尤其是圖像離散化因素帶來(lái)的影響，可以借助數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)反映其中存在的變化關(guān)系。在數(shù)字化處理的過(guò)程中，可以借助圖像離散化分布涉及到的分散像素，來(lái)確定像素灰度值。

圖1主要反映的是借助數(shù)字成像設(shè)備來(lái)獲取到的圖像元素，根據(jù)這些圖像元素能夠提取有關(guān)目標(biāo)物體的特征信息。通過(guò)圖形分析可以得知，這些圖像元素存在明顯的離散分布特征。

圖1 連續(xù)光圖像離散構(gòu)成數(shù)字圖

想要最大限度地達(dá)到良好的數(shù)值圖像描述效果，就需要把像素的光前灰度控制在合理范圍內(nèi)?；叶入x散會(huì)有不同的級(jí)別，盡可能確保像素灰度處于合理分布范圍內(nèi)，才能夠確保獲得數(shù)字圖像特征的連續(xù)性。像素灰度分布范圍涉及到不同的間隔數(shù)值，分割為不同的量化等級(jí)，可以根據(jù)這個(gè)數(shù)值的波動(dòng)變化，來(lái)確定相應(yīng)的分辨率，決定圖像獲取的清晰度，而且可以借助計(jì)算器，達(dá)到更好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效果。通常情況下，采用二進(jìn)制方法來(lái)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和記錄。

數(shù)字圖像離散分布之后，可以從數(shù)學(xué)角度來(lái)對(duì)這種分布情況進(jìn)行理解，可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)矩陣，有M行，N列。涉及到不同的元素點(diǎn)，可以根據(jù)矩陣中的技術(shù)值，來(lái)確定像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的灰度值?？梢越柚S矩陣，來(lái)表示數(shù)字圖像，進(jìn)而通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)進(jìn)一步獲取相應(yīng)的參數(shù)值。

1.2 數(shù)字圖像特征分析

數(shù)字圖像有其自身的特殊性，在數(shù)據(jù)測(cè)量分析的過(guò)程中，涉及到的作用如下所示：

①數(shù)字圖像在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，往往受到幾何位置和光強(qiáng)分布因素的影響，進(jìn)而影響到灰度數(shù)值，即便是光度保持一樣，也依舊會(huì)受到其他因素的影響，導(dǎo)致最終分布特征會(huì)有一些差異。但是從幾何位置上來(lái)看，分布存在一定的規(guī)律，具有一定的相似性，可以借助這些特征，來(lái)更好地對(duì)目標(biāo)物體變化情況進(jìn)行描述。

②利用光學(xué)圖像來(lái)對(duì)物體存在的某種特征進(jìn)行反應(yīng)，可以達(dá)到持續(xù)分布特點(diǎn)。受到光照的影響，能夠?qū)陀^物體有一個(gè)更加連續(xù)的反應(yīng)。通過(guò)數(shù)字圖像來(lái)進(jìn)行呈現(xiàn)，可以根據(jù)圖像元素實(shí)際分布情況，掌握更多的數(shù)據(jù)特征信息。在光學(xué)成像的過(guò)程中，往往會(huì)受到低濾波的影響，導(dǎo)致圖像的清晰度不高，可以在離散化光學(xué)圖像中，借助多級(jí)梯度來(lái)完成圖像的平滑過(guò)渡，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)信息獲取精確度。

③數(shù)字圖像在具體描述的過(guò)程中，可以通過(guò)數(shù)字矩陣來(lái)進(jìn)行呈現(xiàn)。數(shù)字矩陣有其自身存在的特點(diǎn)，涉及到不同的行與列，不同的行列都對(duì)應(yīng)著不同的元素點(diǎn)，能夠根據(jù)數(shù)學(xué)公式完成計(jì)算，進(jìn)而達(dá)到更加高效的數(shù)據(jù)特征提取目的。

④數(shù)字圖像在對(duì)景物進(jìn)行描述的過(guò)程中，為了確保景物描述呈現(xiàn)良好的連續(xù)性特征，通常情況下，會(huì)借助數(shù)字圖像離散像素點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行實(shí)景表示。尤其是在離散分布的數(shù)字圖像中，可以通過(guò)不同數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布情況，來(lái)掌握實(shí)際景物的空間分布情況。尤其是對(duì)數(shù)字圖像離散點(diǎn)分布的實(shí)際情況，來(lái)計(jì)算相應(yīng)的空間尺度大小，可以根據(jù)圖像實(shí)際反應(yīng)的空間特征構(gòu)成情況，來(lái)明確頻率大小之間存在的定量影響關(guān)系。

⑤成像存在幾何畸變現(xiàn)象，為了達(dá)到更好的成像效果，選擇使用數(shù)字圖像呈現(xiàn)方式，借助離散點(diǎn)來(lái)對(duì)真實(shí)景物的持續(xù)空間分布情況進(jìn)行呈現(xiàn)。然而，受到一些因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)幾何畸變的問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量精度下降。

通過(guò)以上分析可以得知，在當(dāng)前發(fā)展過(guò)程中，信息技術(shù)水平不斷提高，數(shù)字圖像分析技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。尤其是在對(duì)自然景物持續(xù)空間呈現(xiàn)上，起到非常重要的作用，可以借助數(shù)字圖像對(duì)真實(shí)景物的特征信息進(jìn)行提取。

1.3 數(shù)字成像系統(tǒng)硬件構(gòu)成

攝影測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，使用到不同的設(shè)備，可以使用的方法也并不唯一。然而，測(cè)量系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，主要涉及到幾大關(guān)鍵構(gòu)成部分，詳情如圖2所示。

圖2 數(shù)字圖像系統(tǒng)硬件構(gòu)成示意圖

①光學(xué)成像設(shè)備分析。光學(xué)成像依據(jù)一定的原理，也就是把電磁能量轉(zhuǎn)化為信號(hào)，然后借助電池能量完成信號(hào)的傳輸。通過(guò)攝像機(jī)鏡頭來(lái)組建一個(gè)光學(xué)成像設(shè)備，進(jìn)行目標(biāo)物體的捕捉，通過(guò)光學(xué)圖像來(lái)獲取目標(biāo)景物的特征。在當(dāng)前發(fā)展過(guò)程中，成像設(shè)備涉及到不同的攝像機(jī)，例如固態(tài)攝像機(jī)以及電子管攝像機(jī)，前者在使用的過(guò)程中主要借助干光向原理，把涉及到不同的離散成像元素以數(shù)字圖像的形式呈現(xiàn)出來(lái)。固態(tài)攝像機(jī)有其自身存在的特征，主要體現(xiàn)在：可以根據(jù)不同的目標(biāo)物體大小分布特點(diǎn)，來(lái)設(shè)置不同的參數(shù)值，獲取精確度更高的數(shù)值，并且能夠?qū)Νh(huán)境的變化有較高的敏感度和反應(yīng)力。光譜響應(yīng)較寬，重量不大，并且呈現(xiàn)良好的動(dòng)態(tài)變化范圍，使用原件壽命較長(zhǎng)，投入成本不高，并且有非常良好的線性度。因此，這類攝像設(shè)備在很多領(lǐng)域中都得到應(yīng)用。

②數(shù)字化設(shè)備。數(shù)字化設(shè)備在實(shí)際使用的過(guò)程中，主要通過(guò)電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，把光學(xué)成像反映到電路元器件上。在當(dāng)前發(fā)展過(guò)程中，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)主要借助數(shù)字圖像信號(hào)來(lái)完成信息的采集，可以借助數(shù)字化轉(zhuǎn)換功能，來(lái)輸出數(shù)字圖像信號(hào)，這樣就可以優(yōu)化圖像輸出環(huán)節(jié)，減少信號(hào)損耗發(fā)生的可能性。可以借助數(shù)字化設(shè)備，利用感光原點(diǎn)和像素點(diǎn)之間存在的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定像素點(diǎn)數(shù)的具體數(shù)量，可以有效避免像素抖動(dòng)帶來(lái)畫面模糊的問(wèn)題。

在當(dāng)前發(fā)展過(guò)程中，能夠兼容外設(shè)熱插拔功能的輸出設(shè)備規(guī)格為IEEE1394，這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在，可以和外部設(shè)備兼容使用，能夠達(dá)到同步傳輸?shù)牧己眯Ч?，傳輸效率高?/p>

③圖像存儲(chǔ)設(shè)備分析。圖像存儲(chǔ)設(shè)備的主要功能作用就是對(duì)數(shù)字圖像所涉及到的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，可以利用內(nèi)存空間來(lái)完成圖像存儲(chǔ)，也可以通過(guò)外部存儲(chǔ)器來(lái)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù)用戶自身的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行選擇。

④處理器。處理器其主要作用就是對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行長(zhǎng)管理，對(duì)涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并且進(jìn)一步展開(kāi)分析。在整個(gè)處理過(guò)程中，會(huì)很大程度上關(guān)系到數(shù)字圖像處理結(jié)果。處理器是整個(gè)數(shù)據(jù)圖像處理中心的核心構(gòu)成部分，與其他設(shè)備密切結(jié)合起來(lái)，劃分不同的處理器類型。除此之外，還涉及到一些專門用來(lái)處理專供圖像的處理器。在信息技術(shù)水平不斷提高的背景下，一些助力器在使用的過(guò)程中，能夠與一些寫入系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，達(dá)到良好的智能化圖像處理效果。在系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的過(guò)程中，還可以實(shí)現(xiàn)攝像系統(tǒng)的單獨(dú)運(yùn)行。

⑤圖像顯示與輸出設(shè)備分析。在數(shù)字圖像數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，借助圖像顯示設(shè)備，來(lái)對(duì)最終數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行顯示。除此之外，還可以借助輸出設(shè)備，來(lái)滿足用戶的不同使用需求，可以打印圖像，也可以通過(guò)顯示器來(lái)進(jìn)行呈現(xiàn)，使用靈活性較高。

1.4 成像系統(tǒng)分辨力分析

成像系統(tǒng)分辨力非常的重要，直接關(guān)系到最終圖像特征信息提取效果，能夠?qū)σ恍┘?xì)節(jié)特征進(jìn)行抓捕。保持良好的成像系統(tǒng)分辨力非常的關(guān)鍵，可以對(duì)目標(biāo)物體空間移動(dòng)情況有一個(gè)更加詳細(xì)的了解。

①圖像物面分辨率分析。實(shí)際物體的空間尺寸往往是通過(guò)像素來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，如果設(shè)定拍攝產(chǎn)品的長(zhǎng)為W，寬為N，那么可以通過(guò)計(jì)算獲得攝像機(jī)的硬件分辨率是M×N，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化物面分辨率計(jì)算公式：

②成像系統(tǒng)角分辨率分析。在計(jì)算成像系統(tǒng)角分辨率的過(guò)程中，可以設(shè)定YX方向上視場(chǎng)角度是α×β，整個(gè)系統(tǒng)的角分辨率計(jì)算公式如下所示：

如果屬于特定的測(cè)量對(duì)象，想要確保最終獲得的圖像信息精確度更高，那么可以通過(guò)調(diào)整成像系統(tǒng)角分辨率來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果設(shè)備的分辨率一定，那么可以控制視野來(lái)增加圖像物面的分辨率。對(duì)于固定焦距的攝像機(jī)，增加攝像機(jī)的分辨率的唯一途徑是提高成像系統(tǒng)的角度分辨率。

需要明確的是，物面分辨率對(duì)光學(xué)測(cè)量結(jié)果有非常大的影響，是重要的影響因素。舉例說(shuō)明，衛(wèi)星圖像最終呈現(xiàn)結(jié)果，能夠反映出較大面積的地面，然而在實(shí)際拍攝的過(guò)程中，一個(gè)像素能夠反映出來(lái)的圖像非常的小，意味著測(cè)量精度也發(fā)生了變化，從原來(lái)的量級(jí)變成了毫米量級(jí)，在執(zhí)行具體測(cè)量任務(wù)的過(guò)程中，需要對(duì)物面分辨率數(shù)值進(jìn)行明確，然后再調(diào)整攝像機(jī)的分辨率，或者是對(duì)攝像視野范圍進(jìn)行控制。

2 投影成像關(guān)系分析

2.1 常用坐標(biāo)介紹

通常情況下，在構(gòu)建坐標(biāo)系的過(guò)程中，會(huì)遵循右手準(zhǔn)則。圖3主要反映的是三個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的層次，對(duì)不同坐標(biāo)系定義也存在差異。

2.1.1 世界坐標(biāo)系（X，Y，Z）介紹

通常情況下，會(huì)把全局坐標(biāo)系也叫做世界坐標(biāo)系，是一個(gè)三維空間坐標(biāo)系，具體構(gòu)成如圖3所示。該坐標(biāo)系在實(shí)際構(gòu)建的過(guò)程中，主要是從被測(cè)物體、攝像機(jī)的角度來(lái)進(jìn)行構(gòu)建，為了達(dá)到更好的坐標(biāo)分析效果，會(huì)把應(yīng)用環(huán)境和對(duì)象條件因素考慮在內(nèi)，明確空間點(diǎn)P的位置，找到其在世界坐標(biāo)系相對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)點(diǎn)。

圖3 三大坐標(biāo)系構(gòu)成示意圖

圖3三大坐標(biāo)系圖中，攝像機(jī)坐標(biāo)系是（X，Y，Z），光心則是攝像機(jī)坐標(biāo)系的中心，Z軸主要指的是入射光軸，攝影方向?qū)?yīng)的是正方向，確定的圖像物理坐標(biāo)分別與x、y軸平行。

2.1.2 圖像坐標(biāo)系介紹

可以借助圖像坐標(biāo)軸來(lái)完成像素點(diǎn)的互換，根據(jù)空間位置的實(shí)際波動(dòng)情況，來(lái)對(duì)坐標(biāo)軸進(jìn)行詳細(xì)細(xì)分處理。

①圖像物理坐標(biāo)系（x，y）。確定的圖像物理坐標(biāo)系原點(diǎn)為圖像的主點(diǎn)，根據(jù)主點(diǎn)又可以進(jìn)一步確定中心位置，把握空間位置變化規(guī)律。需要明確的是，實(shí)際物體尺度和坐標(biāo)系像素點(diǎn)所反映的尺寸有差異，可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量物體的實(shí)際情況，來(lái)選擇合適的測(cè)量范圍。

②圖像像素坐標(biāo)系（u、v）。圖像像素坐標(biāo)系和物理坐標(biāo)系存在著差異，可以確定為是直角坐標(biāo)系，對(duì)應(yīng)的單位像素值是u與v，可以借助一定的格式，利用存儲(chǔ)格式來(lái)完成關(guān)鍵圖像信息的處理、存儲(chǔ)。

2.2 坐標(biāo)系變換關(guān)系介紹

對(duì)空間直角坐標(biāo)系的含義進(jìn)行明確之后，想要以此來(lái)獲得更多的測(cè)量數(shù)據(jù)信息，那么就需要實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)之間的合理有效轉(zhuǎn)化，確保坐標(biāo)和圖像之間的關(guān)系可以一一對(duì)應(yīng)。把空間點(diǎn)和圖像點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，再轉(zhuǎn)化為幾何公式來(lái)進(jìn)行表達(dá)，最終轉(zhuǎn)化得到的矩陣如下所示：

3 亞像素定位技術(shù)

如果想要達(dá)到更高效的測(cè)量結(jié)果，那么就需要對(duì)分辨率進(jìn)行合理有效控制，確保像素點(diǎn)數(shù)量得以增加，這樣就可以達(dá)到良好的測(cè)量精度。但是在對(duì)分辨率進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中，可能會(huì)消耗較多的成本，想要擴(kuò)大攝像系統(tǒng)，那么就需要支付更多的資金，并且分辨率即便得到提升，會(huì)影響到圖像的傳輸速度，也意味著要進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)處理。在這種情況下，可以借助軟件處理方法，對(duì)具體目標(biāo)進(jìn)行亞像素定位處理，這樣就可以大大提高數(shù)字算法效率，需要確保其他參數(shù)不變，可以通過(guò)提高分配率數(shù)值，來(lái)達(dá)到更好的亞像素控制效果。

3.1 亞像素定位遵循的主要原理

可以通過(guò)亞像素來(lái)完成定位處理，就是要遵循一定的原理。在對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行分析的過(guò)程中，能夠通過(guò)特殊特征提取，削弱噪聲因素帶來(lái)的影響，來(lái)確保目標(biāo)與預(yù)先知道的物體保持較高的相似度。在定位處理的過(guò)程中，可以充分發(fā)揮浮點(diǎn)計(jì)算方法的優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到更好的精準(zhǔn)定位效果，借助亞像素來(lái)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的特性進(jìn)行提取，在借助特征位置信息的提取，達(dá)到更高效的定位處理效果。

圖像亞像素定位技術(shù)但實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，需要把差值運(yùn)算和像素坐標(biāo)值與灰度值的概念進(jìn)行合理有效區(qū)分。從原理分析角度來(lái)看，差值運(yùn)算僅僅是根據(jù)規(guī)律變化來(lái)進(jìn)行計(jì)算，并沒(méi)有新增新的數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)差值處理方法，直接改變?nèi)搜郢@得的視覺(jué)效果。但是注意和目標(biāo)特征沒(méi)有非常直接的關(guān)聯(lián)，并不會(huì)對(duì)定位精度起到提升效果。

3.2 亞像素定位技術(shù)適應(yīng)條件分析

①目標(biāo)圖像的重要構(gòu)成要素就是像素，并且這個(gè)像素不是單個(gè)的像素，而是像素之間形成一個(gè)組別，這個(gè)組別有其自身存在的特點(diǎn)，甚至具有灰度分布特征。

②想要獲取顯著目標(biāo)特征，那么首先就要從定位上來(lái)進(jìn)行關(guān)鍵信息的獲取，能夠根據(jù)三角形目標(biāo)來(lái)明確中心點(diǎn)位置。再根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)確定角點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)值。需要明確的是，基準(zhǔn)點(diǎn)并不固定，可能是最暗點(diǎn)，也可能是最亮點(diǎn)。在實(shí)際使用的過(guò)程中，可以根據(jù)灰度變化的實(shí)際情況，來(lái)提取關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)信息，與具體的場(chǎng)景密切結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建合理的分析模型，達(dá)成更好的融合分析效果。

在實(shí)際進(jìn)行關(guān)鍵圖像數(shù)據(jù)特征提取的過(guò)程中，往往受到一些影響因素帶來(lái)的負(fù)面影響，導(dǎo)致最終測(cè)量結(jié)果會(huì)存在一定的誤差。舉例說(shuō)明，在對(duì)定位進(jìn)行確定的過(guò)程中，可能受到灰度量化帶來(lái)的影響，導(dǎo)致最終測(cè)量結(jié)果和實(shí)際結(jié)果有很大的差異。在對(duì)亞像素定位方法進(jìn)行使用之前，還需要對(duì)其具體的使用效果進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷是否能夠達(dá)到預(yù)期想要的發(fā)展目標(biāo)識(shí)別效果。除此之外，還需要結(jié)合像素算法的實(shí)際情況，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，來(lái)完成精度數(shù)值計(jì)算，通常情況下，精度變化范圍在0.1到0.3之間。

3.3 亞像素算法使用原則

亞像素算法在實(shí)際設(shè)計(jì)和使用的過(guò)程中，會(huì)考慮到所需要遵循的原則。首先，如果選擇使用這種方法，首先要考慮是否提前對(duì)特征目標(biāo)進(jìn)行初步定位；其次，要對(duì)像素精度參數(shù)值進(jìn)行合理篩選，完成初步定位任務(wù)；接著就需要展開(kāi)亞像素定位分析，從不同層面來(lái)展開(kāi)更加系統(tǒng)性的定位分析，可以大大提高定位分析精確度。對(duì)計(jì)算特征數(shù)值進(jìn)行完善處理，可以在很大程度上降低計(jì)算量。最后，就是需要通過(guò)局部模型的構(gòu)建來(lái)落實(shí)定位識(shí)別。

直接用亞像素定位算法的過(guò)程中，需要對(duì)其存在的離散特性進(jìn)行評(píng)估分析，在實(shí)際設(shè)計(jì)之前，根據(jù)連續(xù)離散算法，來(lái)考慮可能存在的隱含條件。尤其是在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理的過(guò)程中，需要對(duì)頻譜帶寬情況進(jìn)行有效分析，達(dá)到合理的分析效果，確保能夠真實(shí)可靠地使用亞像素定位算法。在運(yùn)用的過(guò)程中，不需要對(duì)整體特征進(jìn)行細(xì)化分析，可以根據(jù)圖像邊界，來(lái)精確每個(gè)邊界點(diǎn)，然后再整體性地提取目標(biāo)特征。在實(shí)際使用亞像素定位的過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)對(duì)灰度值以及計(jì)算方法進(jìn)行合理有效選擇，確保可以滿足測(cè)量需求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)亞像素定位技術(shù)，使得圖像的目標(biāo)識(shí)別精度達(dá)到0.01個(gè)像素；采用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，并采用優(yōu)化的亞像素定位技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化定位。為保證對(duì)被測(cè)目標(biāo)的有效搜索以及亞像素算法的可行性，目標(biāo)模板在全幅圖像中最少要覆蓋到20×20個(gè)原始像素。而根據(jù)實(shí)地的環(huán)境狀況來(lái)看，每個(gè)目標(biāo)圖板的物理尺寸不應(yīng)超過(guò)40×40厘米，即在物理空間上每2厘米對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。如果市場(chǎng)角度的高寬尺寸都在100米左右，因此圖像傳感器的邊長(zhǎng)像素?cái)?shù)不應(yīng)少于5000像素。可采用邊長(zhǎng)尺寸為24×36mm，像素?cái)?shù)為4000×6000的CMOS圖像傳感器（SONY α900或者Nikon D3x）豎向攝圖。如果采用亞像素算法能有效地達(dá)到1/4像素定位精度，則實(shí)際位移測(cè)量分辨率可達(dá)到1/2厘米。這個(gè)精度在100米范圍內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一般測(cè)量方法是難以達(dá)到要求的。儀器重新安裝。如果將儀器重裝后的視點(diǎn)高差控制在1mm以內(nèi)，則儀器重裝后其水平高差Δh和俯仰角誤差Δθ須滿足以下條件：（（Δh）2+（Δθ*L）2）1/2≤1mm，其中L為儀器的總長(zhǎng)度，假定為200mm，水平高差假定可以控制在0.5mm以內(nèi)，這樣俯仰角誤差最大值為15分，約4.3毫弧度。這個(gè)能夠很好的滿足儀器的移動(dòng)和再安裝。對(duì)于圖像放大率的變化而言，需要考慮對(duì)不同目標(biāo)圖板的放大率的變化情況。假設(shè)鏡頭焦距為28mm，所有圖板大小都是400×400mm，最近圖板距離為60m，最遠(yuǎn)圖板距離為125m，則遠(yuǎn)處的圖像放大率為1:4500，遠(yuǎn)處目標(biāo)圖板邊長(zhǎng)最多只能覆蓋到15個(gè)像素。解決的方案是將遠(yuǎn)處的目標(biāo)圖板尺寸增加到540mm。