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

背景技術(shù)：

在日常的工程測試，機械制造，材料檢測等過程中，物體的尺寸及其大小變化通常是一個至關(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。一般來說，測量方法分為兩種，接觸式和非接觸式。傳統(tǒng)的測量方法一般采用千分尺或游標(biāo)卡尺測量，主要由于其普適性強，對被測物體的材質(zhì)和反射特性沒有特殊要求，并且不受體色和曲率的影響。但是，作為一種接觸性測量手段，微觀物體測量的可操作性不強，在測試中沒有放大功能。更重要的是，對于高聳結(jié)構(gòu)，不易接近的物體更是難以測量，因而大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

非接觸式測量，作為一種新型的測試技術(shù)，指在不接觸被測物體的前提下進行精準(zhǔn)測量，一般通過采集變焦鏡下物體的影像來實現(xiàn)。其中，最簡單的方法就是直接在被測物體附近放置標(biāo)尺，根據(jù)標(biāo)尺的尺寸關(guān)系計算被測物體實際尺寸的大小。例如，中國專利公開號為cn104089580a提出了一種“基于智能手機實現(xiàn)的混凝土表面裂縫寬度測量儀及方法”的測試方法，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，從而計算裂縫的寬度。但是，對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際困難。另外，測試的準(zhǔn)確性也有待考究。為了解決上述問題，中國專利公開號為cn104501720a提出了一種“非接觸式物理大小及距離圖像測試儀”的測試方法，通過兩個激光器的光斑中心的直線距離形成標(biāo)尺。然而，在實際的操作過程中，很難控制這兩條激光光線的方向，導(dǎo)致測量的準(zhǔn)確度不高。

在前面的專利中，計算目標(biāo)物體尺寸的主要原理是通過建立合適的參照物作為標(biāo)尺從而實現(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量的精度。對研究者來說，建立合適的標(biāo)尺，也將是一項重大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

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

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

本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)方案實行，一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測試技術(shù)及其計算方法與應(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，相機，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)尺的測試技術(shù)及其計算方法，主要步驟包括以下三個部分：

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

（2）、圖像提取：從拍攝的圖像中分別提取出光斑和物體，并識別和分析出離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點之間的直線范圍內(nèi)所含像素個數(shù)（m），以及物體尺寸所對應(yīng)的像素個數(shù)（n）；

（3）、尺寸計算：根據(jù)離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點之間的直線范圍內(nèi)所含像素個數(shù)（m），光柵常數(shù)（d），計算單個像素對應(yīng)的實際長度（r）；接著，通過單個像素對應(yīng)的實際長度（r）和物體尺寸所對應(yīng)的像素個數(shù)（n），計算物體實際尺寸大?。?i>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處。

步驟（3）中，單個像素對應(yīng)的實際長度的計算公式為：。

步驟（3）中，物體實際尺寸大小的計算公式為：。

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

第一、本發(fā)明中的測試技術(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)路線組成簡單，成本低廉，易于實施；

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

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

第四、通過平行光技術(shù)處理，獲得平面的光斑方陣。相比于前面專利所述的調(diào)控兩個激光器的方向，獲得相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系計算目標(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)所含像素的個數(shù)與光柵常數(shù)的對應(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)致的測量影響，大大提高了測量的精度；

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

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的技術(shù)路線圖。

圖2是本發(fā)明實施例的整體流程圖。

具體實施方式

在實際生活生產(chǎn)中，一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測試技術(shù)及其計算方法與應(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量，下面我們以測量裂縫寬度為例具體說明。

參照圖1，一種成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測試技術(shù)及其計算方法與應(yīng)用，具體來說，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，相機，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。

對于裂縫寬度的測量，包括以下三個步驟（如圖2）：

（1）、物體拍攝：采用高清攝像頭對裂縫所在平面進行拍攝，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處的激光燈折射后產(chǎn)生的平行光，經(jīng)過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，并識別和分析出離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點之間的直線范圍內(nèi)所含像素個數(shù)（m），以及裂縫寬度所對應(yīng)的像素個數(shù)（n）；

（3）、尺寸計算：根據(jù)離目標(biāo)物體最近的相鄰光斑點之間的直線范圍內(nèi)所含像素個數(shù)（m），光柵常數(shù)（d），計算單個像素對應(yīng)的實際長度（r）；接著，通過單個像素對應(yīng)的實際長度（r）和裂縫寬度所對應(yīng)的像素個數(shù)（n），計算物體實際尺寸大?。?i>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處。

其中，步驟（3）中，單個像素對應(yīng)的實際長度的計算公式為：。

其中，步驟（3）中，物體實際尺寸大小的計算公式為：。

本發(fā)明中成像系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)尺的測試技術(shù)的測量精度取決于成像系統(tǒng)的像素及成像視野的寬度。以3000萬像素（5500×5500）的高清相機為例，假設(shè)其成像視野為100mm×100mm，則其測量的精度為像素的距離（即單個像素的長度r），且。若高清相機的拍攝視野為1000mm×1000mm，則同理可得其測量的精度為0.2mm。對于工程測試，機械制造，材料檢測來說，這種測量精度已在許可的范圍內(nèi)，精度較高。

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