视觉测量技术：几何相似法测量的应用

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：单目视觉几何相似法测量是对应于被测对象的几何参数在同一平面内的情况，此时被测物面与摄像系统光轴垂直，并与像平面平行。几何相似法测量只是二维测量，主要有二维几何位置、形状、变形测量、位移和速度的测量等。

单目视觉几何相似法测量是对应于被测对象的几何参数在同一平面内的情况，此时被测物面与摄像系统光轴垂直，并与像平面平行。

1.几何相似法测量的简易标定

（1）绝对标定

视觉测量的绝对标定法是指通过标定尺或者标定块及测量的标定尺或标定块所对应的像素个数来计算CCD图像传感器像素值分辨率的标定方法。

（2）相对标定

视觉测量的相对标定法，即标准件法。已知标准件的实际尺寸，通过测得标准件所对应的像素个数来计算CCD像素值的分辨率，这样的标定法称为相对标定法。

由于成像的非线性误差影响，并且测量具有针对性，相对标定法的测量精度比绝对标定法的测量精度高。

如上分析，不管绝对标定还是相对标定，被测几何量占据的像素个数越多，测量分辨率越高，测量精度也越高。例如，从数量级上看，10mm的工件，成像后占据500像素，不考虑亚像素级定位精度，则相对标定法测量误差为0.4μm。而实时在线批量测量中，利用相对标定法，即使边缘定位在像素级，不对镜头畸变进行校正，也可能获得非常高的检测精度且所需计算时间较少。采用绝对标定法，在CCD图像传感器分辨率确定的情况下，提高放大倍数、减少视野和提高边缘定位精度，可以获得较高的测量精度。

2.二维参数测量

根据透视投影模型，物体与其图像满足相似关系，只要从图像上提取所需参数，乘上实际放大倍数，就得到物体的实际几何参数。几何相似法测量只是二维测量，主要有二维几何位置、形状、变形测量、位移和速度的测量等。下面说明几何相似法测量的基本原理。(https://www.chuimin.cn)

摄像机选择

计算机视觉图像精密测量中，假设工件整体尺寸为80mm×80mm，精度要求0.1mm，计算需要什么样的CCD摄像机。

算法一

精度要求：0.1mm。

摄像机选择：可把0.1mm当做像素值，因此CCD分辨率=80/0.1=800。即CCD至少要有800×800像素的分辨率。由于没有800×800像素分辨率的摄像机，因此按此算法需要1000×1000像素分辨率的高分辨率摄像机。

算法二（采用亚像素技术）

精度要求：0.1mm，设亚像素边缘定位精度为0.5像素值，空间分辨率=0.1mm×2=0.2mm，则CCD分辨率=80/0.2=400。即CCD要有400×400像素的分辨率或以上，因此选用分辨率为768×576像素左右的摄像机。

同理，若工件大小为8mm×8mm，选取分辨率为768×576像素摄像机，考虑有效素为500，则不考虑亚像素技术的情况下，计算精度为=8/500=0.016mm；考虑亚像素技术，边缘定位精度为1/2像素，则计算精度=8/1000=0.008mm，进一步提高亚像素的定位精度和缩小视野，可以获得微米级的计算精度。

由上述实例可见，采用同样的CCD摄像机，单目视觉测量精度与工件大小、标定方法和软件算法有很大的关系。选择不同分辨率的CCD摄像机可以获得不同精度的测量结果。

视觉测量技术：几何相似法测量的应用

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