基于图像处理的光学测量技术及其应用研究

摘要：随着计算机技术的不断发展，测量技术也在不断创新和改进。近年来，基于图像处理的光学测量技术逐渐兴起并得到应用，其利用智能化、科学化、可视化的测量手段，在接触事物的前提下将事物进行三维呈现，从而实现精准计量。光学测量技术不仅可以将一些复杂的事物呈现得更加具体，同时相关商业领域对其进行了应用，从而使得测量技术可以更好地为相关业务服务。文章针对图像光学测量手段，从概念、原理以及技术等多方面进行研究和分析，以期基于图像处理的光学测量技术可以更好地服务社会。

关键词：光学测量;图像处理;测量技术

中图法分类号：TP701

文献标识码：A

Research on optical measurement method based on image processing andits application

SHAO Mingli

（Luoyang Institute of Elcctro-Optical Equipmcnt， Luoyang， Henan 471000. China）

Abstract： With the continuous development of computer technology， measurement technology is alsoconstantly innovating and improving. In recent years， optical measurement technology based onimage processing has gradually emerged and been applied. It uses intelligent， scientific and visualmeasurement methods to present things in three dimensions on the premise of contacting things，thereby achieving accurate measurement. Optical measurement technology can not only present somecomplex things more concretely， but also apply it in related business fields， so that measurementtechnology can better serve the business. This paper studies and analyzes the concept， principle andtechnology of image optical measurement methods， hoping that the optical measurement technologyof image processing can better serve modern enterprises， science and human society.

Key words ： optical measurement ， image processing， measurement technology

1 概述

早在20世紀70年代，随着计算机技术的发展和激光技术的应用，人们发现将二者有效结合，可以将一些复杂的模型进行展现，现代化测量技术由此进入革新时期。该技术的应用不仅一改传统的测量方法，实现了测量技术的创新，同时也可以更加精准、更加全面地展现所测量的事物。图像处理的光学测量技术经过多年的实践和应用，已经越发完善和成熟，并在科学研发、现代制造工业、航空技术等多个领域广泛应用，有效帮助相关领域的企业实现了技术上的突破和创新。

1.1 图像处理技术的光学测量方法概念

图像处理技术的光学测量方法是在计算机技术和互联网技术的影响下，将现代光学和现代先进的信息技术手段进行有效结合，从而实现图像精准信息信号的提取、加工以及传递等工作，不仅充分展示了图像的具体内含信息，同时也实现了精准、快速计量，极大地提高了工作效率和节省了时间成本。并且，在逐步应用中，其与互联网智能技术和三维技术进行了结合应用，出现了测量的三维化技术。总之，图像处理技术的光学测量方法结合了诸多先进的技术和手段，是一门非常先进、科学的智能化技术。

1.2 光学测量技术所采用的主要方法

光学测量技术所采用的方法众多，在不断的实践和应用中，飞行时间法和干涉法应用居多，并在诸多方法中脱颖而出，取得了不俗的成绩。

飞行时问法通过对检测物体信号的时间分辨率进行测量，从而计算出测量距离。随着现代工业的发展和进步，很多被测物体因体积大、空间相对较远并且移动不便，传统的测量方法冈为技术限制等原因，很难对其进行全方位、系统测量，而光学测量技术很好地解决了这一点。光学测量技术通过激光技术以及电子信息技术首先实现了对被测物体的实际距离进行测量，然后通过扫描设备发射出的光束实现对被测物体全方位的扫描，进而实现三维信息的呈现。

干涉法应用了分光技术和分光系统，首先将光分为测量光和参考光，然后将两束光进行叠加计算，从而得出测量物体的深度信息。由于该方法的测量准确度以及精密度非常高，并且获取的信息相对较多，因此其经常用于精密测量和小体积物体的测量中，并不适合大体积物体的测量。

2 光学测量技术的现状及发展趋势

2.1 光学测量技术的现状

随着经济的发展和工业技术的进步，测量技术尤其是光学测量技术得到了广泛应用，不仅有效促进了测量领域的产业升级和发展，同时为经济发展做出了巨大的贡献，促进了社会的稳定与和谐。光学测量技术在不断革新，如今其已从片面测量发展到了全面测量，静态测量发展到了动态测量，由低速测量发展到了快速、精准、全面测量阶段，并具有存储和分析功能。

光学测量技术的发展标志着人们由过去的肉眼测量发展到了现在的三维测量，代表着现代光学技术和测量技术的进步。同时，光学测量技术可以实现对测量事物的描绘，并使得内部重要的信息和信号得到挖掘并储存，有效满足了现代经济对测量技术的要求。此外，光学测量技术具备一定的稳定性和方向性，是现代测量领域中不可或缺的测量技术之一[1]。

2.2 光学测量技术的发展趋势

光学测量技术充分利用了现代电子信息技术以及激光技术，可以有效实现对被测量物体三维分析。但是，在科技和经济不断发展的背景下，光学测量技术的发展也日新月异，这就需要其不断进行革新，从而更好地为现代经济服务。在未来的发展中，光学测量技术也要不断与先进技术进行科学结合，从而实现光学测量技术的发展和进步。

（1）与互联网技术进行有效结合。人工智能技术以及大数据技术成为影响现代化经济的主要技术，并且有效推动了经济的发展，它们在各行各业中都得到了一定程度的应用。因此，光学测量技术在现有科技基础上，要充分结合现代信息化技术的优势，将人工智能技术和大数据技术应用到具体测量之中，同时对现代信息技术也要加以利用和结合，从而实现光学测量技术向智能化、数据化、现代化方向发展，实现自主测量和自助分析，进而有效提高企业的经济利益。

（2）光学测量技术要加强对3D打印技术的应用。虽然目前光学测量技术已经很好地利用了图像信号收取的三维呈现技术，但是在对被测物体的深层次、内部信号的挖掘方面仍然存在一定的局限，并且受到外部因素的影响较大。因此，为了更好地呈现被测物体的内部深层次信息，并将这些信息通过光学技术进行三维形式的展现，就要充分利用3D打印技术，从而实现测量技术上的突破。

（3）材料成本降低。光学测量技术包含一套相对复杂的设备和专业技术，其所需要的原材料也是特定的，因此光学测量设备的造价通常较高，并且在使用过程中的维护和检修也较为复杂，这是造成光学技术没有在低端领域获得广泛应用的主要原因之一。所以，在未来的发展过程中，随着技术的改善和精进，材料造价也会降低，使得一般企业以及低端企业可以充分利用相关设备，从而让光学测量技术可以更好地为企业提供服务。

（4）光学测量技术会得到普及。光学测量技术是一门相对复杂的测量技术，其应用的理论知识众多，且设备的操作难度较大，需要工作人员具备一定的专业知识和实践操作经验。在未来发展的过程中，光学测量技术知识会得到普及，使得一般工作人员可以有效对相关设备进行操作，同时在设备维修方面的难度也会降低。

3 基于图像处理技术的光学测量方法的应用研究

基于图像处理的光学测量方法是相关测量方法中最常见的方法，其在诸多领域（如医疗、环境监测、航天、军事等）得到了广泛应用。图像处理的光学测量技术主要是应用光的原理，并在计算机等硬件设备和软件支持下，快速、精准、非接触式实现对被测物体的测量，然后进行相关的储存工作[2]。比如，在水污染的治理方面，虽然光学测量技术可以通过显微镜等专业设备实现对污染水质进行测量，但是对于空气污染则无法进行较好测量，这是因为空气的形态很难通过肉眼进行识别，并且空气具有较强的流动性。基于图像处理的光学测量技术可以很好地对空气进行实时监测，并对空气中的物质进行测量分析。可以說，基于图像处理技术的光学测量方法弥补了此前测量技术的局限性，使得测量范围大大增加。

3.1 光学显微镜在环境监测中的应用

水污染是在工业发展和经济发展过程中常见的污染之一，并且严重的水污染会直接影响地下水的水质，从而影响我们的正常生活。近年来，人们更加重视环境治理，水污染问题得到了有效改善，因此做好对水质的监测至关重要。目前，水体的富营养化是常见的污染之一，做好水质的监测主要包含对水质的采样、化验、观察、分析等多个步骤，需要利用光学显微镜对水质进行测餐，其测量的主要内容分为水体细菌霉菌的检测、水中生物群体类别的检测以及水体毒性检测。

由于水中的浮游植物较多以及丁业污水等富营养化水的排放，水中的浮游植物很容易吸收相关物质，从而造成水中的浮游植物繁殖迅速，一方面直接影响了水中其他物种的存活，另一方面也直接影响了淡水的饮用，所以对水中浮游物种的检测非常重要，不仅可以充分了解水中浮游植物的具体情况，同时有关部门也可以积极出台相对应对策，避免水中浮游植物的泛滥。此外，对水体的细菌、霉菌以及水体的毒性检测也非常重要，通过光学显微镜对水体进行检验分析，可以了解水中包含的细菌情况以及水体的毒性，从而保证人们的饮水安全。在对淡水资源进行检测时，光学显微镜发挥了重要作用，是我们饮水安全和环境监测的重要保证。

3.2 光学分析法在水质检测中的应用

光学分析法的原理是：水中物体在受到光照后会形成一定的光谱，从而根据光谱的不同来分析水中物体的不同。光学分析法在一定程度上解放了大量的人力，工作人员不需要利用诸多化学药剂对水体进行检测，有效节省了工作时间，提高了工作效率。同时，光学分析法的检测速度非常快，且灵敏性很高，常见的光学分析法有比色分析法、间接测定法和直接测定法。

（l）利用比色分析法可以检测水中有色金属的浓度，即通过光在水中的作用让有色金属形成不同的颜色，然后对其颜色进行对比和分析，从而可以了解水中有色金属的分布情况。该分析法具有较高的灵敏度，并在应用的过程中不断改善和精进，其精准程度变得越来越高。

（2）利用间接测定法可以对水中的重金属浓度进行间接检测。该方法有效利用了电子信息技术以及图像技术，通过将水中的重金属离子形成荧光图像，然后对该图像进行重金属浓度的提取和分析，从而得出相关水域中重金属的浓度情况。间接测定法的检测程序相对复杂，并且在特殊情况下需要一定的化学试剂，因此花费的时问相对较长。

（3）直接测定法有效改进了间接测定法，直接省去了间接测定法中化学药剂的匹配情况，从而缩短了检测时间，检测速度也是大大加快。

3.3 光电检测技术在环境监测中的应用

光电检测技术充分利用了光电效应和计算机信息系统技术，首先是利用光的原理对被测物体的信号进行提取，然后将这些信号输入专门的计算机网络系统之中，最后得出被检测物体中的各种信息。但是，因为物体和光自身的不稳定性，我们将光电检测技术分为激光检测系统和宽带光源检测系统，二者在不同领域都发挥了重要作用。

（1）激光检测系统可以对窄区光源进行检测分析。因为激光检测系统的精准程度和灵敏性都非常高，所以可以实现一定范围内的光源检测。但是，如果检测范围较大，不建议使用该系统。

（2）宽带光源检测系统可以对宽区光源进行检测分析[3]。其可检测范围非常广，可以有效对大范围、大领域的被测物体进行检测。比如，在大型企业事故中，常常会出现有毒化学物质泄露的情况，若有毒化学物质进入自然环境，或造成大面积污染，这就需要对大范围的光源进行分析，宽带光源检测系统很好地满足了这一点。

4 总结

基于图像处理的光学测量技术的应用领域较广，并在诸多领域中发挥了巨大作用。有效利用基于图像处理的光学测量技术不仅方便了人们的生活，同时也促进了经济的发展和社会的进步。与此同时，基于图像的光电测量技术也要不断进行革新，从而更好地满足人们和社会的需求。

参考文献：

[1]王飞，基于图像处理的大口径光学平面检测算法研究[D].西安：西安工业大学，2015.

[2]黄艳，张君，曲晨，一种基于图像处理的光学平板玻璃弹性模量快速测量方法：CN1106319IIA[P].2019.

[3]席庆奎，陈磊，朱日宏，等.基丁图像处理的光纤测量方法研究[J].半导体光电，2003（5）：3.

作者简介：

邵明礼（1981-），硕士，高级工程师，研究方向：光电探测与对抗.