自由曲面的光切断测量法

　　随着光电技术及计算机图像处理技术的发展，自由曲面的非接触式测量方法越来越受到人们的重视，它比接触式测量的劳动强度低，测量速度快，测量精度高，易于实现可视化，是现代测量的发展方向。光切断测量法是一种对自由曲面进行非接触式测量的方法，特别适合于被测曲面体无法旋转的情况，测量光场的范围大，有很大的应用前景。

　　1 光切断测量法原理

　　光切断测量法用线光源产生的光平面照射被测物体，光平面与被测物体相交的相贯线是一条明亮的光带，如图1。通过面阵 CCD(Charge Coupled Device)摄像机及数字信号处理器 DSP (Digital Signal Processor )可获得光带的数字图像。经计算机处理即得该光切面上物体轮廓信息。将光源顺序平移，顺序处理即得该物体轮廓信息，利用已获得的三维轮廓信息，从而获得被测物体有关参数。

　　2 光切断测量法硬件系统框图

　　该测量方法硬件系统如图 2。

　　3 光切断测量法软件系统功能

　　光切断测量法的关键是对数字光带图像进行数据处理。

　　3.1 图像的预处理

　　通过 CCD 摄像机，图像采集系统后，得到数字图像。由于输入转换器件(如光敏器件，A/D 转换器等性质的差别)及周围环境的影响等，使得图像上含有各种各样的噪声和失真。该测量系统主要是要求从光带中提取轮廓信息，其预处理的目标则是要使被处理光带能够清晰地与背景分离。经过实验，本系统只需进行图像分割和消除噪声两种预处理即可达到要求。

　　3.2 图像存储

　　经过预处理的图像称为目标图像。目标图像存储一方面要使存储空间尽可能减少，同时也不能丢失任何信息。根据图像的特征为带状以及光带是图像中的信息，因此，需存储图像的区域为包含光带最小的矩形区域，存入文件的数据只是光带信息。采取自定义存储格式

　　i j k j k j k o i j k j k j k

　　其中，i代表行号，j代表对应 i行的列号，k为(i, j)处的灰度值，每一行结束以“o”为标记。用这种方法存储图像，可以大大节省硬盘空间。

　　3.3 光带图像轮廓提取及合成

　　首先，运用边缘提取法提取被测物的轮廓，光带图像被简化为轮廓图形。其次，对轮廓图形形状进行分类。然后通过按类判断图形形状，将图形分成若干段。若是圆弧则确定其曲率中心，由曲率中心发出射线，求出射线通过光带部分的灰度重心。若为直线，则以其斜率的垂线方向作为法线，求出灰度重心。最后连接所得灰度重心，可以得到每个光带的轮廓。得到的轮廓线经过坐标变换后，通过乘一个校正模板，就得到真正的轮廓线。此时该分层面上的轮廓线可直接合成。