圖像測量 第一章 概論

圖像測量第一章概論第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第一章概論第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第一章概論測量的定義和分類圖像的定義和分類圖像測量的定義和分類圖像測量的主要內(nèi)容圖像測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域圖像測量的應(yīng)用領(lǐng)域第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

幾個實例：需要對所用的米量及水量進(jìn)行測量。另外，為了實現(xiàn)對時間和火候的控制，也需要對時間和溫度進(jìn)行測量。需要對所用素材和調(diào)味品的數(shù)量以及對時間和溫度進(jìn)行測量。需要完成對來球的方向、速度以及旋轉(zhuǎn)等參數(shù)的測量。需要完成對距離的測量以及對地形條件和場地的軟硬程度等的測量。需要完成對尺寸的測量。需要完成對障礙物有無的測量。烹調(diào)家具制作高爾夫球棒球盲人探路煮飯第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

完成測量的方法：借助于使用某種測量工具。例如，像用來計量體積的量器、用來測量時間的時鐘、用來測量溫度的溫度計、用來測量距離的測距儀、用來測量物體運(yùn)動速度的速度計以及用來探路的棍棒等。根據(jù)以往的視覺經(jīng)驗或是其它的感覺經(jīng)驗。第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

被測量的種類：物理量面部表情言語聲調(diào)表情身段姿態(tài)表情物體的長度事象所經(jīng)歷的時間物體的空間位置物體的運(yùn)動速度物體表面的溫度分布非物理量第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

測量的定義所謂測量是指通過一定的技術(shù)手段確定被測對象的空間、時間、溫度、速度、功能、心理素質(zhì)和情緒等有關(guān)參數(shù)或者特性的過程。第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

解決測量問題的關(guān)鍵所在確立一定的手段以給出被測量的有關(guān)數(shù)值。所謂一定的手段包含兩個方面的內(nèi)容把特定的被測量按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信息輸出。對輸出的可用信息進(jìn)行處理以確定被測量的有關(guān)數(shù)值。第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

（1）按測量過程中是否與被測對象相接觸可以將測量分為接觸式和非接觸式兩大類。用接觸式測量法測量東西的長度用非接觸式測量法測量來球的方向和速度測量的分類第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

測量的分類非接觸式測量的優(yōu)點：通過非接觸式測量，我們可以方便地完成接觸式測量方法不能勝任的許多任務(wù)。用紅外測距原理測量照相機(jī)到被攝對象的大致距離以實現(xiàn)照相機(jī)的實時自動變焦功能。根據(jù)雷達(dá)測距原理檢測遠(yuǎn)在數(shù)百公里之外的飛機(jī)、艦船等動目標(biāo)以達(dá)到對其進(jìn)行實時監(jiān)視之目的。第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

（2）按所用方法測量被測量的能力可以將測量分為點式和分布式兩大類。測量的分類用點式測量法測量火焰的溫度用分布式測量法測量火焰的溫度分布第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

分布式測量方法的優(yōu)點：相比于點式測量一次僅能夠獲得單個被測量的測量數(shù)值而言，分布式測量一次能夠?qū)Ψ植荚诳臻g的多個被測量同時進(jìn)行測量。測量的分類第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

（3）按所用測量方法是否主動投射能量或是使用某種輔助工具可以將測量分為主動式和被動式兩大類。測量的分類音源分布的被動測量用雷達(dá)實現(xiàn)主動式測量第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

測量的分類主、被動式兩種測量方法各有特點：被動式測量依據(jù)一定的幾何和物理定律，對直接來自被測對象的、不受觀測者控制的某種可用信息進(jìn)行處理以獲得被測對象有關(guān)參量的數(shù)值。而主動式測量除了被動式測量的有關(guān)特征之外，通過投射能量或是使用某種輔助工具等手段主動地對被測對象施加影響以求獲得更好的測量效果。第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

測量的分類被動式測量不需要向被測對象投射能量。因此，其隱蔽性好、適應(yīng)能力強(qiáng)，不受被測對象特性的影響，能工作于各種實際的環(huán)境。但是，和主動式測量相比，其穩(wěn)定性及測量精度一般較差，計算代價也較高。主動式測量利用向被測對象投射能量等方式來完成所要求的測量任務(wù)。一般而言，其穩(wěn)定性好、可靠性及測量精度高，計算代價相對也低。但是，由于要向被測對象投射包括可見光在內(nèi)的電磁波和超聲波等形式的能量，其隱蔽性差，而且易受被測對象反射特性的影響。第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二測量的定義和分類

（4）其它的一些分類方法測量的分類心理測量電子測量電磁測量地形測量機(jī)械測量化學(xué)測量第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像的定義和分類

圖像的定義：所謂圖像是指用各種可能的觀測系統(tǒng)以各種可能的方式和手段對外部世界進(jìn)行觀測所獲得的關(guān)于被測對象的一種初始的描述和真實的記錄。在數(shù)學(xué)上，一幅圖像可以用一個定義在二維空間XY上的實函數(shù)f(x,y)來表示。所述的二維空間XY被稱作圖像平面，圖像平面上的點(x,y)被稱作像點，而定義在二維空間XY上的實函數(shù)f(x,y)則被稱作圖像函數(shù)。圖像函數(shù)在各像點處的取值反映了被測對象在三維空間中相應(yīng)點處的某種特性。第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像的定義和分類

例如，對于一幅單色圖片而言，圖像函數(shù)在各像點處的取值表示被測對象在相應(yīng)空間點處的灰度：

這里，代表實際成像系統(tǒng)中的像場，為視覺系統(tǒng)的相對視敏函數(shù)，即視覺系統(tǒng)的光譜響應(yīng)。),,(lyxCò￥=0)(),,(),(llldVyxCyxf)(lV第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像的定義和分類

有時候需要用多個圖像函數(shù)來表示一幅圖像。例如，彩色圖像和多光譜圖像就屬于這種情況。對于這樣的圖像我們用下述圖像函數(shù)向量來表示：

上面所涉及到的圖像函數(shù)是在空間和取值上連續(xù)的圖像函數(shù)。相應(yīng)的圖像稱之為模擬圖像。在實際應(yīng)用中，為了能用數(shù)字計算機(jī)對輸入圖像進(jìn)行處理，一般需要對輸入模擬圖像在空間和取值上進(jìn)行相應(yīng)的離散化處理。為了有別于模擬圖像，我們把經(jīng)離散化處理后所得到的圖像稱之為數(shù)字圖像。

f(,)[(,),(,),...(,)]xyfxyfxyfxynT=12第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像的定義和分類

采樣和量化像素采樣行采樣列位置灰度(彩色)圖像的數(shù)字化Step1.對連續(xù)圖像的空間坐標(biāo)進(jìn)行離散化處理。Step2.對圖像函數(shù)的灰度值進(jìn)行離散化處理。

第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像的定義和分類

紅外圖像Ｘ射線圖像超聲圖像可見光圖像圖像連續(xù)圖像離散圖像圖片、圖形、繪畫、文字等可以根據(jù)圖像的種類、形式以及產(chǎn)生方法的差異等因素對圖像進(jìn)行分類。第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量的定義和分類

圖像測量的定義：所謂圖像測量是指以圖像輸入及其圖像處理為手段以確定被測對象的空間、時間、溫度、速度、功能、心理素質(zhì)和情緒等有關(guān)參數(shù)或者特性的過程。第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量的定義和分類

按照上面對測量的分類，圖像測量顯然應(yīng)屬于分布式測量的范疇。而且，在大多數(shù)情況下圖像測量的過程中不存在與被測對象進(jìn)行接觸的問題，因此，圖像測量又可以歸屬于非接觸式測量的范疇。圖像測量所具有的上述特點使得圖像測量具有許多明顯的優(yōu)點。例如，由于不需要重復(fù)多次地進(jìn)行測量即可方便地得到被測量的空間分布，因此，測量效率高；同時由于在測量過程中不需要和被測對象進(jìn)行接觸，因此，具有較大的使用靈活性等等。因此，它在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)獲得了很好的應(yīng)用。第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量的主要內(nèi)容

圖像測量≈圖像采集＋圖像處理前者把特定的被測量按一定的物理效應(yīng)轉(zhuǎn)換成可用的圖像信息輸出。后者則通過對輸出的可用圖像信息進(jìn)行處理以確定被測量空間分布的有關(guān)數(shù)值。從被測量到可用圖像信息之間的轉(zhuǎn)換是完成圖像測量的基礎(chǔ)。而從可用圖像信息出發(fā)經(jīng)過計算以得到所需測量結(jié)果的過程則是圖像測量的精華所在。為了實現(xiàn)從被測量到可用圖像信息之間的轉(zhuǎn)換，需要了解成像過程中的各種物理效應(yīng)和幾何關(guān)系。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量的主要內(nèi)容

概論（2學(xué)時）圖像和圖像模型（8學(xué)時）圖像測量系統(tǒng)（5學(xué)時）圖像預(yù)處理技術(shù)（15學(xué)時）三維測量的原理和手法（15學(xué)時）基于二值圖像的測量手法（2學(xué)時）基于灰度圖像的測量手法（3學(xué)時）基于彩色圖像的測量手法（2學(xué)時）基于距離圖像的測量手法（3學(xué)時）三維形狀建模和物體識別（2學(xué)時）圖像測量在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用（3學(xué)時）第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量系統(tǒng)的基本構(gòu)成

照明圖像采集圖像處理結(jié)果輸出輸入?yún)?shù)控制圖像存儲圖像表示焦距，光圈，放大率，姿態(tài)等A/D變換強(qiáng)度,構(gòu)造等圖像處理照明控制第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域從系統(tǒng)的角度來看，圖像傳感器和計算機(jī)構(gòu)成了圖像測量系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。離開了圖像傳感器、計算機(jī)和包括圖像存儲器在內(nèi)的相應(yīng)的外部設(shè)備，圖像測量系統(tǒng)只能是紙上談兵，也就無任何實用性可言。圖像測量和圖像處理、模式識別以及機(jī)器人視覺等學(xué)科之間，無論從系統(tǒng)構(gòu)成還是從處理內(nèi)容來看，均存在著千絲萬縷的聯(lián)系。它們之間的關(guān)系是互補(bǔ)的，既相互滲透、相互作用，又存在區(qū)別。

第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域從狹義的意義上來說，數(shù)字圖像處理是指對輸入圖像進(jìn)行加工將其變換成質(zhì)量上有所改善的圖像的過程。從廣義的意義上來看，數(shù)字圖像處理則包括了更為廣泛的內(nèi)容。它不僅包括了上述圖像變換的內(nèi)容，也包括了圖像分割和描述的內(nèi)容以及屬于圖像測量、計算機(jī)視覺和模式識別領(lǐng)域的大部分內(nèi)容。在這種情形下，系統(tǒng)的輸出結(jié)果不再僅僅是圖像，它也可以是關(guān)于輸入圖像的某種描述或者是某種分類結(jié)果。

圖像傳感器被測對象輸入圖像輸出圖像圖像變換第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域圖像測量是指從輸入圖像中檢測出被測對象并確定出它的有關(guān)參數(shù)或者特性的過程。輸出可以是以圖像形式表示的測量結(jié)果（比如，表示被測對象空間位置分布的距離圖像。但不是簡單的圖像變換），也可以是關(guān)于被測對象的個數(shù)、面積、形狀等參數(shù)或特性的數(shù)值描述。

圖像傳感器被測對象輸入圖像圖像測量測量結(jié)果預(yù)處理圖像圖像變換第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域以圖像為處理對象的模式識別的任務(wù)是從輸入圖像中抽取出感興趣的物體，并根據(jù)該物體的諸如尺寸、面積、形狀等圖像特征以及關(guān)于這些特征間的結(jié)構(gòu)信息對其進(jìn)行分類或給出關(guān)于該物體的描述。圖像變換被測對象輸入圖像預(yù)處理圖像模式表達(dá)被測對象的分類或描述圖像測量模式識別樣本模式特征抽取預(yù)處理圖像圖像傳感器第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域計算機(jī)視覺的目的是讓計算機(jī)系統(tǒng)能夠具有人類視覺的某些機(jī)能。即像人類一樣能夠從觀測到的圖像信息理解外部的三維世界。因此，計算機(jī)視覺也被稱作圖像理解。從廣義的意義上說，圖像理解包括了文字識別等在內(nèi)的二維圖像識別的內(nèi)容。但是，它更側(cè)重于包括三維信息在內(nèi)的物體的不變特征的提取，并由此出發(fā)根據(jù)知識來達(dá)到理解外部的三維世界之目的。被測對象輸入圖像預(yù)處理圖像特征抽取被測對象的描述圖像測量圖像理解知識庫圖像傳感器圖像變換第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域計算機(jī)圖形學(xué)：涉及用計算機(jī)根據(jù)由概念或數(shù)學(xué)描述所表示的物體模型，生成并顯示物體圖像的過程。其側(cè)重點在于根據(jù)給定的物體描述模型、光照條件以及想象中的攝像機(jī)的成像幾何，生成特定情況下的逼真的或虛擬的圖像。第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二圖像測量和相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域圖像測量計算機(jī)技術(shù)傳感器技術(shù)圖像處理計算機(jī)視覺模式識別計算機(jī)圖形學(xué)第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，