影像测量是在工业检测与计量技术领域，代表的是数字科技溶入工业检测与计否量，进行空间几何运算的先进测量技术。正因为它的前沿性并不被大众所熟知，时下很多[影像对位式测量]一赶时髦，而冠以“”之名来称呼自已。 

真正的（又名）是建立在CCD数字影像的基础上，依托于计算机屏幕测量技术和空间几何运算的强大软件能力而产生的。计算机在安装上专用控制与图形测量软件后，变成了具有软件灵魂的测量大脑，是整个设备的主体。它能快速读取光学尺的位移数值，通过建立在空间几何基础上的软件模块运算，瞬间得出所要的结果；并在屏幕上产生图形，供操作员进行图影对照，从而能够直观地分辨测量结果可能存在的偏差。这一切，在今天强大的计算机运算能力面前都是实时完成的，操作者本人无法察觉。这种能够利用CCD数字图像，通过计算机软件运算，满足复杂测量需要的精密仪器才是真正意义上的，、……

可见，中计算机不光只是进行简单的数值显示，更重要的是具有空间几何运算、图形显示、尺寸标注，CAD图形的输出等基本功能，这一切都依赖于强大的专用软件。

 运用的行业：电子、手机、模具、机械、医疗、航天、汽车等行业。

是近十年来发展最为快速的几何光学测量仪器，它是一种基于光学投影原理，结合应用现代光电技术和计算机处理技术，完成对试件边缘轮廓进行瞄准来实现长度尺寸测量的二维平面坐标位置测量仪。该仪器能高效地检测各种形状复杂工件的轮廓和表面形状尺寸、角度和位置，特别是精密零部件的微观检测与质量控制，适用于产品开发、逆向工程、品质检测等领域。比起传统的{wn}工具显微镜和，在硬件上增加了CCD摄像传感器、数显化光栅位置输出装置及自动定位伺服控制系统，在测量或软件功能上，具有自动对焦、自动瞄准及各种复杂自动计算处理特点。电子和图像处理技术的发展应用，为的多功能、高精度和自动化程度提供了关键的技术和支撑作用。应用于工厂现场测量的，通常其分辨力为0.001mm，测量不确定度一般为（3+L/200）μm.左右。

一般由机械、照明、测长、图像采集、计算机和测量软件等六部分组成，其结构框图如图1所示。

的光学原理与普通很类似，区别在于影像前者被测件的轮廓影像被CCD传感器接收并由计算机进行图像采集和处理，后者则直接把影像投射到投影观测屏，轮廓对准由操作者的人眼完成，因而导致两者测量精度和自动化程度相差很大。

图1 的结构框图

 一般具有较大的测量范围，通常配备有（0.7X-4.5X）的变焦物镜，照明光源除了常见的底光和顶光外，还有环形照明光，适合于底光和顶光都不能有效照明时应用。

在上的测量均是单轴或二维平面坐标的测量，测量时先对焦，后对准，再读数（计数），{zh1}计算处理。读数来自于标尺即光栅系统，对焦对准依靠显微镜光学系统，还有一个直接影响测量效果和精度的照明光源，因为，基于影像方法测量的仪器，如果被测件不能被有效正确的照明，则测量的结果显然要偏离其真实尺寸。除前述因素外，环境条件也是制约测量精度不可忽视的因素。基于上述分析，可以归纳出以下几个方面的误差来源：

（1）光栅计数尺的误差；

（2）工作台移动时存在的直线度、角摆带来的误差；

（3）工作台两测量轴垂直度带来的误差；

（4）显微镜光轴与工作台面不垂直带来的误差；

（5）测量室温度偏离20℃参考温度带来的误差；

（6）光源照明条件的变化带来的对焦和对准误差。影像测量仪光学成像系统解决方案

的光学成像系统实质上是图像的采集过程， 即将被测工件的可视化图像转换成能被计算机处理的一系列数据。

作为测量的开始和数据的源头，工件图像的好坏直接关系到后续图像处理和测量的质量高低。 因此，对在图像照明、图像聚焦、图像输出三个环节进行了严格的质量把关， 以确保采集到的图像清晰、轮廓分明，便于后期处理和测量。

照明是影响获取图像质量的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。

由于测量对象的差异性，针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到{zj0}效果。 在测量工件的不同部位时，也需要选择不同的照明方式。比如测量工件的表面特征时， 需要利用不同角度的表面光照明；测量工件的边缘轮廓尺寸，就需要利用轮廓光源照明。 

 独有的六环八区照明光源摒弃了机器视觉中单光源单用途的设计特点， 将环形表面光源划分为48个弧形单元，可以针对不同的被测工件实现灵活的照明方案。 这样的设计方式可以避免更换测量对象后需要重新设计照明光源的成本。

    图像聚焦

合理选择镜头、设计成像光路是测量系统的关键技术之一。被测工件在光源的照明下， 通过光学透镜将成像光线聚焦到CCD相机的光敏面阵上。 测量系统处理的所有图像信息均通过镜头得到，镜头的质量直接影响到测量系统的整体性能。 

 采用的专业镜头具有极高的对比度及分辨率，它不仅能够适应不同倍率的变焦， 也可以提供自动或手动对焦，同时还支持模块化选型。镜头性能非常稳定，畸变极小。

    图像输出

 CCD相机是一个光电转换器件，它将光学成像系统所形成的光学图像转变成电子信号。 对CCD相机除了考察其核心的光电转换器件外，还应考虑成像速度、检测的视野范围、点距精度等因素。

配置的CCD相机，主要从分辨率、点距间隔和信噪比等方面进行考察，使得图像清晰， 出图快捷，噪声少，利于后续的图像处理。

照明，是测量过程中非常关键的环节。好的照明方案对精准的测量出被测物体的各种数值有着举足轻重的作用。

在中，最主要的有以下三种照明方式：表面光照明、轮廓光照明和同轴光照明。表面光与轮廓光照明方式较为普通，而同轴光照明对于某些特殊工件的测量有着至关重要的作用。除了表面光和轮廓光之外，加入了同轴光照明，可专门用于测量工件的孔深及盲孔深度，并且对测量反光和镜面工件，有非常独特的作用，对抓取基元的准确性有很强的辅助作用。

表面光照明（图1）：表面光照明一般采用环状或点状照明，与相机处于同侧。环行灯是一种常用的表面光照明方式，很容易安装在镜头上，可给漫反射表面提供足够的照明。表面光照明使用的是表面光源。表面光源提供工件表面的普通照明，目前的应用趋势是使用环形的表面光源提供多个方向和入射角的表面照明。提供了6环8区的表面光照明，总共48个独立的分区可控，每个分区可以独立控制开关以及亮度，亮度等级高达200级。并且每一个环的入射角度不同，确保对于不同工件可以提供不同的照明方式。

图1 表面光照明

 轮廓光照明（图2）：轮廓光照明是将光源放置在物体的背面。这种照明方式与别的照明方式有很大不同，因为图像分析的不是反射光而是入射光。轮廓光照明产生了很强的对比度。应用轮廓光照明技术时，物体表面特征会丢失，但可以清晰地得到物体的轮廓信息。为轮廓光照明的光源称为轮廓光源。轮廓光源让透光和不透光的部分区分开来，透光的地方呈白色，不透光的地方呈黑色，这样取得一个黑白对比的图片。轮廓光很重要的一点就是需要保证射出的光为平行光，以保证不同强度的光照不会引起工件轮廓的变化，进而影响测量的精度。

图2 轮廓光照明

同轴光照明（图3）：同轴光照明是与相机的轴向相同的方向的光照射到物体的表面。同轴光照明使用一种特殊的半反射镜面，将光线反射到相机的透镜轴方向。半反射镜面只让从物体表面反射并垂直于透镜的光线通过。同轴光源提供的这种照明技术对于实现扁平物体且有镜面特征的表面的均匀照明很有用。此外，此技术还可以实现使表面角度变化部分高亮，因为不垂直于相机镜头的表面反射光不会进入镜头，从而造成表面较暗。

图3 同轴光照明　

机器自动技术已成为一种成熟且xx可靠的测量工具，可用于汽车、生物科技及通讯等多个领域，目前随着软件和传感器方面的一些新技术发展如计算机处理速度更快、软件与硬件更容易整合以及可以在运动中进行影像测量等，使得测量成本进一步降低。本文介绍利用需注意的一些问题。 

从图像中我们能得到很多可以量化的测量信息，如距离、角度、重心位置、面积、弧度等，在测量时需要考虑的问题包括基本影像参数、影像质量、校准情况和测量工具，将硬件和软件结合起来可帮助完成影像测量。

基本影像参数包括视野范围、工作距离、分辨率、景深和探头大小，通过这些参数可以确定被观察的物体或区域。

   质量

影响尺寸测量的一个重要因素是影像质量，这是因为图中获取的信息直接决定了测量效果。利用信号整形之类的技术可以得到高质量数据，此外也有助于保证较高的影像质量。

分辨率和对比度是影像质量的重要组成部份，分辨率指影像系统所能重现的被测物体细节的数量，对比度则是影像系统所产生的被测物体与其背景之间的灰度差别。摄像头、镜头和灯光是决定分辨率和对比度的重要因素。影像系统所需最小图素分辨率可由下式计算：最小分辨率=（对象最长端长度/最小特征尺寸）×2 。以条形码为例，假如最长端长度为60mm，最小特征尺寸是0.2mm，那么根据上式可算出其最小分辨率应该是（60/0.2）×2=600 。

镜头焦距是分辨率另一种表现形式，视野（FOV）指物体最长端长度，工作距离（WD）是物体到镜头的距离，探头大小是摄像探头的尺寸，以mm表示。上述几项有如下关系：焦距=S×（WD/FOV）。

失真是另一个影响影像质量的因素，它指由于镜头光学误差引起几何偏差，从而在影像平面上造成物体错位，在计算时可以把测量失真考虑进去。

    校准情况

校准就是指将图素测量值与现实世界的真实测量值联系起来的过程，当需要以实际长度单位进行xx测量时，这个过程非常重要。能提供校准的影像硬件与软件有助于完成测量。

校准可解决并xx由于镜头失真、xx或方位偏移造成的误差，它还能把图像坐标转变为现实坐标或者相反。进行影像设置校准时，要用一个已知点距的点阵，从这个点阵中可得到校准或映像信息。

    测量工具

 测量工具是尺寸测量的一个重要部份，可以使用斑纹分析、边缘检测及图形匹配等测量工具有效完成测量，具有这些功能的能够拓展测量的性能。通过斑纹分析，阈值处理将产生一个二进制图像，把被测物体颗粒从背景中区分开，它将返回二进制物体属性以计算测量值，包括：以图素表示的尺寸、重心位置 、最长端长度。 

 边缘检测能帮助找到图像中亮度产生剧烈变化的点，它可以快速确定物体边界线轮廓。有许多参数对边缘检测很重要，如：

 对比度：边缘两边平均图素密度最小差值

 宽度：确定边缘任意一边对比度的平均图素值？锐度：边缘过渡区最小图素数

 图形匹配可以帮助找到图像中的参考图形并报告其在图像中的位置、旋转角度和比例，它在光线变化以及有噪声、模糊和部份阻挡的情况下也能正常工作。当精度小于图素数时，可以分数形式表示边缘检测或图形匹配信息，这种精度表示使用了插补和拟合技术，如果影像条件较好，可实现四分之一图素精度。

对于有着微米精度要求的测量仪器来说，选型时现场精度非常重要。因为，购买仪器关键是购买它的精度与性能。在实际购机过程中，笔者发现用户往往会被新奇和花俏的软件功能所吸引，或被一些所谓“国际企业”之类名气所镇住，疏忽了精度这个重要的环节。

200mm-1mm-1μm光学尺

    多数情况下，商家在现场演示时不会向顾客提供现场检验仪器精度的器具：1μm以上精度的50mm或100mm的光学尺（笔者只见过少数对仪器性能有信心和比较客观的商家会准备好）。商家往往会提出以下理由拒绝提供现场精度验证：

    一、 现场温度不合乎测量环境要求：

这个提法有把客户当外行之嫌。在和投影测量仪时代，因受技术局限无法实现温度校正，因此必须在非常严格的恒温环境中检验精度。然而，是具有温度修正能力的精密仪器，在完成温度修正后通过测量膨胀系数很小的玻璃光学尺，便可得出仪器大致的精度范围（需要尽量除去人为误差）。因为，在50-100mm这样的不太大范围内，3℃以内的温度变化对测量结果的影响不大。如果你被告知，不能进行温度修正，商家显然落入了自相矛盾之中，因为没有温度修正能力的是没有顾客敢买的，除非太外行；

     二、 现场震动大不适合测量环境要求：

 这一说法也很难站住脚。在微米级精密仪器结构设计中最基础的便是减震设计，如何吸震、如何避开共振频率这些是运动系统设计的基础课。如果说商家提供的如此怕震，反而是在暗示你：此机型可能存在设计缺陷或干脆就没做好减震设计，只是将平台、机座、大理石堆集在了一起。这是商家第二个自相矛盾的问题，没有减震能力的精度仪器还是没人敢买。

    三 、需要到客户现场安装调试后才能出精度：

  这一说法往往强调运输对仪器精度的影响。运输的确可能影响仪器精度，但是，仪器出厂不能没有基础精度（商家的样机精度都不好，怎么见得运到客户处就能“调”出来呢？）高精度测量仪的保证不是靠“拼积木”、而是量产过程的SOP作业流程和质控能力。这实际上也是在向你透露该机型还未量产，还无法依靠装配工艺保证性能，处在拼装阶段。

    四、 现场没有备光学尺：

 这个托词算是没办法的办法。这么重要的器物因何不备？因何只是一味把客户往花俏的软件功能上带，尽量回避对仪器精度的现场验证，多半商家有难言之隐。

笔者认为，现场验证仪器精度是客户选型时需要把握的一个重要环节。但是，实际操作时应注意以下问题：

    一、 使用1μm级精度的玻璃光学尺：

 50mm、100mm的1mm间距离刻划的光学尺，其误差必须小于仪器的标称测量误差，一般需要使用1μm级精度光学尺。让其对总长校正后，让仪器一格一格进行测量，夹线严格对准后所得测量值与标值的偏差不能大于线性精度的计算结果；测xx程后，让其回测原点，重合精度不能大于仪器标称值。测量过程尽量减小对线不准的人为误差的影响，得到仪器综合性能的关键指标。

    二、 不要使用工件作为检验的依据：

 首先，由于现场环境温度的影响，不要使用热膨胀系数较大的金属材料工件作为实测样件；其次，必须使用边线清晰的光学尺，以避免由于造影和选点对位不准引起的读数误差，尽量接近真值。特别是不能使用轴类器件，影像测量存在边渡面投影造影不准会引起较大误差的技术局限。换句话说需要避开原理局限，尽量得到仪器正常使用中的精度值。

    三、需要检验机构（第三方）的校正证书：

 能提供报告，出自xx检验机构，具有公信力。