测量影像

测量影像（精选十篇）

测量影像 篇1

关键词：三维影像仪,测量,关键技术

影像测量技术, 主要是一门以现代光学为基础, 将计算机图像图形学、计算机视觉、信息处理等等, 有效的融为一体后, 进行空间几何运算的先进测量技术。从客观的角度来分析, 利用三维影像仪, 在具体的影像测量工作中, 可获得较多的数据和信息, 测量的精度和水平, 均获得了显著的提升。但是, 在现实工作中, 仅仅依靠三维影像仪, 并不能完成较多的工作, 而是要将其中的影像测量关键技术进行分析, 实现体系的健全, 将其中的关键技术, 应用到更多的测量工作和仪器中, 实现整体的进步。在此, 本文主要对三维影像仪中影像测量关键技术展开讨论。

1 概述

1.1 三维影像仪的系统构成

对于三维影像仪而言, 很多人并不是特别的陌生, 该仪器在使用过程中非常方便, 但为了能够更好的分析影像测量中的关键技术, 我们应该在系统构成方面进行深入的研究和分析。从理论上看, 三维影像仪也被称之为“非接触式三维光学测量仪”, 该仪器在具体的工作中, 主要是为了更好的测量三维几何尺寸, 同时测量行位的公差, 是一种高精度的测量仪器。在系统组成方面, 三维影像仪的构成内容是比较多的, 包括光源照明系统、光学成像系统、机械运动系统等等, 每一个系统既是独立存在的, 同时又与其他的部分相互配合, 以此来完成数据的采集和影像测量工作。例如, 光源照明系统, 其主要是通过LED光源以及光源控制器共同组成的, 完成光源的有效把控。在光学成像系统方面, 考虑到不同的环境所带来的影像, 选择物镜、电动变焦镜头等等组成, 避免因环境变化, 无法较好的实现影像测量。

1.2 三维影像仪的工作原理

在影像测量的工作中, 如果不能较好的完成各项数据的快速、准确测量, 势必会对后续的工作构成比较大的影响。我们在研究影像测量关键技术的过程中, 通过对三维影像仪的工作原理进行分析, 获得了比较关键的内容。首先, 应用三维影像仪开展影像测量的过程中, 仪器自身的硬件会有效的运作, 获取到比较准确的被测物体图像的模拟信号。其次, 在信号得到明确后, 会利用数据线进行传输工作, 以此来集中在图像采集卡上面, 同时完成数字信号的转换工作。第三, 将数字信号, 通过计算机来显示成像。第四, 操作人员, 会利用相关的影像测量软件, 对图像中的待测几何特征量, 进行快速、准确的测量, 将最终的结果进行整理和分析。从三维影像仪的工作原理来分析, 自身的特点和技术是比较突出的, 技术操作的简洁、快速, 对影像测量提供了很多的帮助。因此, 可以将三维影像仪当中的影像测量关键技术, 有效的运用到三坐标测量、影像仪测量、计量检测技术、计量工作对产品质量的指导提升等方面。

2 三维影像仪中影像测量关键技术解析

现阶段的航空计量检测受到了社会和国家的广泛重视, 尤其是长度几何量的计量检测工作, 在很多方面都关系到工作的安全性和具体的效率。因此, 在应用三维影像仪中影像测量关键技术的过程中, 需充分考虑到各种实际情况, 将技术的积极作用, 有效的发挥出来, 促使航空计量检测, 取得更大的进步。

2.1 图像配准技术

目前, 航空计量检测的体系和工作水平, 均得到了较大的提升, 很多方面的工作, 均告别了过去的错误方法。通过对三维影像仪中影像测量关键技术进行解析, 发现图像配准技术, 是现今比较需要的一种技术。将图像配准技术, 有效的应用到三坐标测量、影像仪测量后, 不仅提高了测量的精度, 同时获得的数据和信息也变得更加多样化, 整合分析后, 取得的积极工作成果是值得肯定的。从客观的角度来分析, 图像配准技术, 主要是对不同的时间、不同的传感器、不同的视角等条件, 获得的两幅图像或者是多幅图像, 利用比较的方法以及匹配的方法, 找出图像之间的相对位置关系, 以此来实现全面的分析, 为航空计量提供较多的基础指导。以目前的工作来看, 图像配准技术在应用过程中, 需要注意特征空间的选择、相似性测度的选择等工作。例如, 特征空间是由参与配准的图像特征构成的, 好的特征可以提高配准性能、降低搜索空间、减小噪声对配准算法的影响。这些特征可以是图像本身的灰度, 可以是边缘、角点, 也可以是不变矩、重心等。

2.2 图像预处理技术

航空计量检测中, 尤其是长度几何量计量的检测工作, 需要对图像进行有效的预处理。根据现有的三维影像仪进行分析, 发现比较关键的一项技术在于, 仪器自身所具备的图像预处理技术相对突出, 该技术对计量检测、计量工作在产品质量的指导方面, 均产生了较大的积极作用。同时, 图像预处理技术, 在很多方面均具备较大的提升空间, 可行性非常高。例如, 在图像分割方面, 图像中的区域是指相互连结的具有相似特性的一组像素。在三维影像测量仪系统中, 获取的图像一般在被测物体和背景上有较大的对比度, 在图像上则反映为物体和背景的灰度差异大, 其图像灰度直方图往往呈现为有较为明显的双峰。因此系统采用阈值分割法就可以较好的实现图像分割。由此可见, 图像预处理技术, 其作为三维影像仪中影像测量关键技术的重要组成部分, 自身的作用比较突出, 日后可进一步加强该技术的研究和应用。

3 关于三维影像仪中影像测量关键技术的讨论

三维影像仪在目前的应用是比较广泛的, 很多工作所取得的积极成果也是有目共睹的。但是, 在航空计量的相关工作中, 永远都需要更高的精度、更广阔的范围、更多的信息。为此, 在今后的研究当中, 还需要对三维影像仪中影像测量关键技术的技术类别、技术体系、技术应用范畴等等, 进行深入的探讨。我们需要将三维影像仪中影像测量关键技术作为基础, 不断的拓展航空计量工作, 以此来对信息和数据, 实现全面的分析, 挖掘出潜在的价值和内容。值得注意的是, 三维影像仪中影像测量关键技术, 在仪器本身的推动下, 技术的优化速度较快, 所以今后的研究和投入, 也应适当的增加。

4 结束语

文章对三维影像仪中影像测量关键技术展开讨论, 从目前所获得的工作成果来看, 关键技术的内容被挖掘的较多, 技术应用的范畴和深度是有待提升的。另外, 我们还应该对其他类似仪器的关键技术展开分析, 确保技术的体系得到进一步的健全。相信在未来的工作中, 三维影像仪中影像测量关键技术能够创造出更大的价值。

参考文献

[1]张进, 王仲, 李雅洁, 等.高精度影像测量系统中图像的超分辨率重建[J].光学精密工程, 2011, 1:168-174.

[2]贾谊, 严波涛.运动影像测量方法与误差分析[J].天津体育学院学报, 2011, 2:163-166+184.

[3]郑臣, 朱目成.影像测量技术在叶尖间隙测量中的应用[J].应用光学, 2014, 5:835-840.

[4]陈晓红, 游林儒, 刘少君.基于机器视觉的影像测量仪自动寻边技术研究[J].组合机床与自动化加工技术, 2013, 2:103-106+110.

雷达影像干涉测量的若干理论问题 篇2

关于雷达影像干涉测量的若干理论问题

就雷达影像干涉测量的若干理论问题进行了讨论，提出了一种高程解算数学模型，该模型基于相邻两点对于同一天线的相位差，以精确可靠的控制点为出发点，可以不必顾及基线估计；提出了将控制点影像坐标与卫星位置参量按成像方程进行平差，以保证相位解缠和高程解算对控制点和卫星位置精度的`要求，指出了在此基础上的基线估计方法。

作 者：舒宁 Shu Ning  作者单位：武汉大学遥感信息工程学院, 刊 名：武汉大学学报(信息科学版)  ISTIC EI PKU英文刊名：GEOMATICS AND INFORMATION SCIENCE OF WUHAN UNIVERSITY 年，卷(期)： 26(2) 分类号：P231.5 TP72 P237 关键词：雷达干涉测量   高程解算数学模型   卫星位置参量   控制点精度  

测量影像 篇3

关键词：遥感影像;农村宅基地;地籍测量

随着国家不动产登记实施条例的实施，农村宅基地使用权近年越来越受重视，为此需要更快速、更准确、更具动态性的宅基地地籍资料作为证明材料。在这种背景下，传统的地籍测量方法很难负担农村宅基地的测量需求，所以各地开始逐渐引入新技术来优化地籍测量，遥感影像技术正是其中应用性较强的一种。

一、农村宅基地的地籍测量特征

（一）用地特点单一

与城镇地籍调查不同，农村宅基地的地籍测量工作复杂程度相对较低，这是因为农村宅基地在用地方面比较单一。具体来说，农村宅基地基本只有两种用地类型，一种是宅基地本身，另一种是分割宅基地的街巷用地^[1]。这种特点对地籍测量工作有一定的优化作用，由于类型单一，所以对比例尺的需求不高，大部分选择1：1000的比例尺即可，个别独立性较强的农村甚至可以选择1：2000的比例尺。在这种情况下，农村宅基地的测量工作得以简化，具备了追求更高便捷性的前提条件。

（二）调查范围有限

针对农村宅基地进行地籍测量时，实际调查范围基本只局限在村子中，这与城镇地籍测量有一定的区别。城镇地籍测量为了确保有效宗地成果，实际测量范围往往要超出城镇基本面积，农村宅基地的地籍测量则没有这个需求，因为村庄土地的复杂程度低、孤立性强，所以地籍测量只需保证基本图斑即可。因此，单个农村宅基地的实际地籍测量范围往往比城镇的实际地籍测量范围要小，但由于行政区划内农村的数量比城镇要多，所以农村宅基地总的地籍测量范围仍高于城镇。

（三）分布方式零散

不同于集中化程度较高的城镇地籍测量，农村宅基地的地籍测量对象在分布上相当零散而且数量众多，尤其是人口密度大的地区，一个县级区划内的村落可能多达数百个，甚至上千个。这些测量对象虽然每个的面积都不大，但是面积总量远超城镇，而且由于分布过于零散、广泛，所以实际测量工作非常困难，往往需要消耗大量的人力、物力，耗时日久。这也是导致我国农村宅基地地籍测量工作能效低下的最主要原因之一。

二、遥感影像式地籍测量在测量农村宅基地时的优势

（一）遥感影像式地籍测量的高适性优势

应用了遥感影像技术的地籍测量在测量农村宅基地方面具有非常高的适用性，主要体现在两个方面：其一，遥感影像技术能够实现大范围探测，如果使用陆地卫星进行遥感测量，一次测量范围可达数万平方千米，这对总面积大、分布零散的农村宅基地来说非常适合，可以同时对一个行政区域内的全部村落进行地籍测量;其二，受限于技术条件，我国的遥感影像在精度和清晰度方面有一定的不足，而农村宅基地对地籍测量的精度和比例尺要求相对较低，因此遥感影像导致的负面影响比较小。

（二）遥感影像式地籍测量的便捷性优势

遥感影像式地籍测量的最大优势在于其极高的便捷性，这种便捷性体现在三方面：第一方面是这种测量方法大部分依靠陆地卫星、航摄飞机等设备，野外测量作业量大大减少，避免了过多的人力测量负荷;第二方面是这种测量方法在极短的时间内就可以获得测量资料，不必像传统地籍测量一样以年为单位进行;第三方面是遥感影像可以直接联动传输给计算机设备，再利用计算机进行分类、整理、分析等后序作业，传统的资料汇总步骤得到了极大的简化。

（三）遥感影像式地籍测量的综合性优势

传统地籍测量所用的方法具有很强的针对性，获得的测量资料在应用上也较为单一。相比之下，遥感影像式的地籍测量具有较强的泛用性，不仅所获测量资料可以用于多个领域，而且可以和当地其他测量、勘探类工作共同进行，提高各项工作的总体效率。尤其是山区村庄的宅基地测量，这种综合性优势更能体现出来。

三、遥感影像式地籍测量在测量农村宅基地时的问题

（一）遥感影像式地籍测量的数据过多问题

测量数据完善是遥感影像式地籍测量的一大优势，但该优势同样会带来数据量过于繁多的问题。在地籍测量时获取的遥感影像是通用影像，包括了大量数据，这些数据并非全部是地籍测量所需要的，尤其是精度要求与复杂度相对较低的农村宅基地，实际需要的测量数据并不多。因此，相关作业人员一方面需要对数据进行分类、筛选，选取必要的影像数据，另一方面要与其他领域合作，对不需要的数据进行适当的再利用。

（二）遥感影像式地籍测量的测量精度问题

理论上来说，遥感影像技术能达到极高的测量精度，可以进行厘米级的地籍测量，但受限于技术条件、分析方法、自然干扰、人为误差等因素，实际的测量精度只能达到0.5米左右。根据地籍测量的相关规范，这个测量精度刚刚能满足精度要求，所以在测量中稍有不慎，测量精度就会超标^[2]。因此，遥感影像式地籍测量需要采取多重措施来保障测量精度，这一定程度上加大了后续分析负担。

（三）遥感影像式地籍测量的判读误差问题

遥感影像往往存在判读误差，这种误差通常来自于影像清晰度的不足与判读人员对影像现场的不了解。由于农村宅基地的地籍测量结果具有法律效力，所以这种判读误差的危害很大，处理不慎容易引起权属纠纷^[3]。因此，如果遥感影像上出现判读不清之处，地籍测量人员往往需要再度进行外业测量以避免判读错误。这种解决方式费时费力，降低了遥感影像式地籍测量的作业效率。

四、遥感影像式地籍测量在测量农村宅基地时的措施

（一）通过先期处理排除多余数据

为了避免多余数据的干扰，获取的遥感影像资料需要进行先期处理。具体来说，首先要调整影像，将多余的斑点、灰色、超出测量范围的部分去除，该步骤同时有优化影像清晰度的作用。其次要使用正射校正法处理影像数据，该步骤需要选择适当的界址点用于像控，选点要注意均匀^[4]。最后将处理完的影像制作正射影像图。由于该工作的工作量较大，所以目前大多使用电子计算机作业，通过辅助软件完成上述步骤。

（二）通过校正解译保证测量精度

为了保障测量精度，校正完成的正射影像图需要进行解译。对农村宅基地的地籍测量影像来说，解译对象包括宗地、界址线、界址点以及各种地物要素。为了获取必要的解译依据，往往需要野外调绘作业，将获取的地物要素数据和遥感影像数据叠加起来，修正遥感影像不精确的部分。此外，如果地籍测量的农村位于地形条件较为复杂的山区，则还需要使用数字高程模型进行影像校正解译^[5]。

（三）通过多方配合规避判读误差

为了尽可能高效地对判读误差进行规避，有必要与多方配合处理难以判读的影像资料。举例来说，可以邀请熟悉当地环境的管理人员，直接修正影像判读不清的部分;还可以与当地相关机构合作，借阅原有的测绘资料，对影像误差进行修正等^[6]。这些方法可以单独使用也可以选取几种配合使用，但需要注意的是，如果不同方提供的修正方案存在矛盾，或者缺乏必要的指导人员与指导资料，仍要进行现场补测作业。

结语：

遥感影像式地籍测量需要与信息技术相互配合才能发挥出最大的效果，因此在应用该技术对农村宅基地进行地籍测量时，要同步进行信息化测量系统的建设，以满足遥感影像那庞大的数据分析和处理需求。如果过多依靠人工作业，反而有可能降低测量速度，因此该技术的应用不能操之过急。

参考文献：

[1]黄斌.农村宅基地测绘中数字化测绘技术的优势与应用[J].地球，2013（4）.

[2]TD/T1001-2012.地籍调查规程[S].北京：中国标准出版社，2012.

[3]李佳峰，张有智，刘述斌等.遥感技术在城市1：2000多目标地籍图制图方法中的研究[J].黑龙江农业科学，2006（5）.

[4]范明华.农村宅基地地籍调查的基本思路和方法[J].现代测绘，2013（11）.

[5]姚国标，杨化超，张磊.遥感影像支持下地籍图库更新的探索与实践[J].地理空间信息，2012（5）.

影像测量技术及其设备的研究进展 篇4

影像测量 仪是继三 坐标测量 机(CMM)之后基于现代光学技术,集合了光电子学、图形图像学、计算机视觉、信息处理、模式识别等学科于一体的新型精密测量仪器,其利用影像处理技术检测工件的外形轮廓和长度尺寸以及角度位置等数据,改变了传统三坐标测量机需要以机械探头为基准获取空间点坐标,然后通过计算得到被测物体的几何参数的测量方式,并很快融入并适应了先进机械制造领域对于高效率生产高品质产品的需求,满足了高速、便捷、精准的测量要求,带来制造检测生产水平的飞跃。

1 基于三坐标测量机的影像测量技术的发展

影像测量技术始于上世纪60-70年代,1977年,美国View Engineering公司发明了世界首台影像测量仪 [1]。该型号为RB-1的影像测量仪通过电机驱动XYZ轴,并结合了图像检测和测量分析功能。随后,Mechanical Technology公司研发了在CMM的测头上集成图像识别和测量功能的Boice Vista系统,可以将测量的反馈数据与预置的标尺尺寸和公差进行对比,提高了测量精度。此后,影像测量技术有了新的突破。1980年,Jones & Lamson公司开发出光学投影仪VIVIC,在测量标尺中应用自动光学千分尺。1981年,ROI公司开发出了可以取代CMM上的接触式测头的光学影像探针,可以进行非接触式测量,后被广泛应用在影像测量仪器的设计和生产中。90年代后,硬件的发展使影像测量仪有了更大的改进。比如图像传感器性能加强,计算机处理速度加快等。同时,测量软件也增加了很多功能,如CAD文件输入、SPC分析测量结果等。

现今各行业领域对精密测量的需求推动着各公司和机构提高了对影像测量技术的重视,影像测量仪的品种和规模也不断扩大 [2-4]。国外影像测量仪技术的由于起步早,技术发展比较成熟,因此市场占有比例高,产品知名度和普及度也较高。

美国OGP公司设计 的VidicomQualifier 863,是首个使用固态CID相机和灰度图像处理技术的现代影像检测系统。该公司在影像测量技术领域拥有着多项核心技术和专利。

德国蔡司 (ZEISS) 公司旗下的高端三坐标测量机处于行业先进水平,代表性产品为光学三坐标测量机O-INSPECT系列。其他生产影像测量仪公司如日本MITUTOYO、NIKON,瑞典HEXAGON等也有着雄厚的技术力量。

国内的影像测量技术由于起步晚,技术力量薄弱,但随着国家的重视和科研经费投入的加大,相关技术水平持续提高,研究成果也不断涌现。智泰集团 (3DFAMILY) 代表性的VMC250S型影像仪使用XYZ全闭环伺服控制系统 ;采用了自主研发的OVM Pro全自动光学测量系统,并具有SPC报表分析功能,提高了批量检测的效率,但难以测量高度尺寸。天准公司于2007年自主开发了一款二维自动影像测量仪,打破了国外厂家的技术垄断。其他新兴企业如冶信、新天等生产的影像测量仪器和设备也逐渐在国内市场上崭露头角,占据着一席之地。

2影像测量仪的结构分类与特点

影像测量仪主要由机械主体、标尺系统、影像探测系统、驱动控制系统以及测量软件等组成。

影像测量仪的结构型式主要有柱式、固定桥式和移动桥式。柱式一般用于小量程的机器,桥式一般用于中大量程的机器。

2.1柱式影像测量仪

柱式结构底部为基座,二维工作台分别沿X和Y向移动,影像探测系统可在固定立柱上沿Z向运动,结构牢固、精度高,不过工件的重量对工作台运动有影响,不能承载过重工件,适合于中小行程影像测量仪。

2.2固定桥式影像测量仪

固定桥式测量仪的X、Y、Z轴相互正交并沿着各自导轨运动,其中Z轴上安装有影像探头并可以相对Y轴做垂直运动,而Y轴则安装在基座上。Z轴部分和Y轴部分的总成牢固装在机座两侧的桥架上端。每轴都由电机来驱动,可确保位置精度,但不适合手动操作,该结构稳定、整机刚性好。

2.3移动桥式影像测量仪

移动桥式结构是目前大量程影像测量仪中应用最广泛的一种结构形式。其中,工作台固定,其中一个桥框由导轨带动在工作台上沿X轴移动,同时由另一个导轨带动滑板在桥框上沿Y轴移动,主轴则沿Z轴移动。被测工件安放在工作台上,影像探测部件安装在主轴上。这种形式的影像测量仪结构简单、紧凑,刚度好,具有较开阔的空间。

3展望

相较于传统的接触式CMM每次测量只能通过触碰待测物体获取单个测量数据而言,影像测量仪可以同时获取待测物体的部分测量图像,且有着非接触性、高可靠性和高准确性的优点,可以灵活地适用于现代工业各种场合的测量中,如汽车零件的表面质量与缺陷的检测、机械零件的自动识别与分拣以及几何量的测量、微电子部件自动检测、生产线中机械手的定位与瞄准等等,在机械制造、航天航空、汽车生产、手机模具、电子信息等不同领域具有广泛的应用前景。

摘要：对影像测量技术和测量仪的发展做了简要的点评,总结了影像测量仪结构的分类和特点,并展望影像测量仪的发展前景和应用领域。

单影像运动目标六维参数测量方法 篇5

单影像运动目标六维参数测量方法

为了得到目标的6雏空间参数,一般需要采用两台或多台摄像机在不同的位置同时拍摄,得到具有一定视差的`立体像对,通过交会计算得到目标空间参数.本文通过对经典的摄影测量共线方程进行改化,将待解算参数作为方程参数,得到扩展的共线方程.当刚体目标上有3个或以上坐标已知的参考标志点时,利用单幅影像就可以得到目标的6维空间参数.由于需要的摄像机少,该技术方法可以应用到不允许安装过多摄像机的场合,如飞行试验、航空器件对接等,并且能节省一半的人力和物力,具有较好的经济效益.

作 者：贾浩正 罗耀蓉 JIA Hao-zheng LUO Yao-rong 作者单位：中航工业飞行试验研究院,西安,710089刊 名：光电工程 ISTIC PKU英文刊名：OPTO-ELECTRONIC ENGINEERING年，卷(期)：37(6)分类号：V217 TP391关键词：摄影测量 单影像测量 六维参数 单影像运动目标

测量影像 篇6

关键词：城市测绘工程；全数字化摄影；实际应用；措施

一、前言

随着现代城市建设不断的发展，为城市建设起到辅助作用的城市测绘工程也逐渐发展起来。全数字摄影是一个具有高度的自动化稳定可靠地操作系统能够有效的对地形地貌等进行数据采集等工作，对不同的地形、环境等采集分析，并进行基础空间信息产品的设计.能够依据工程不同需求建立适应于工程设计的地图，如不同比例尺的数字划线地形图、影像图以及地形模型等。全数字化摄影测绘的主要特点是数据交换速度快，数据处理较为稳定，同时能够实现全自动化的城市测绘，并依据采集的数据建立高精度的三维立体影像。在基础城市测绘中已经成为进行城市测绘最为普遍的使用方式。

二、全数字摄影测量的配置要求与基本原理

1、配置要求

全数字摄影测量使用建议配置系统软件平台为 Windows xp，CPU 为 PentiumⅣ1GHZ 或以上，内存为 512MB 或以上，硬盘位40GB或以上，为双屏显示，建议使用 1280×1024 或以上的分辨率的显示屏。其他的观测装备有N型液晶立体眼镜（Nuvision）和红外发射器、C 型液晶立体眼镜、立体反光镜、偏振光镜屏、手轮脚盘、三维鼠标等配置，使全数字摄影测绘功能得到良好实现[1]。

2、基本原理

①摄影测量主要是通过对相邻的两张图像上选取三对及其以上的坐标点计算出两张想领土想的位置关系，确定图像位置。在图像去电过程中，选择的同名坐标点越多，计算后得到的结果就越精确。通过这种方式，确定整个航带上所有影像之间的相对位置关系。

②在相邻的两个航带之间取一定数量的同名点，以确定每条航带之间的相互关系。在航带间选择的同名点数量越多，计算后的结果就相对较为稳定，对航带之间的联系也就越紧密。通过这货在那个方式对整个测量区域内的所有影像的关系与相对位置进行确定。

③标出图像已知的坐标高度在图像中的对应点，包括一定数量的平高控制点以及一个高程控制点，已经对象的坐标点越多，在测量系统中通过相对位置的计算也就越精确，这样在城市测绘过程中，对每对坐标点对应的位置计算就更加快速准确。

三、全数字摄影测量的发展现状与发展建议

科学技术的发展带动了经济生产各个领域的生产技术现代化，摄影技术也在科学技术的带动下有传统的手绘测量技术发展为现代的全数字摄影测量技术[2]。这种摄影测量技术的发展提高了测绘技术的准确性与测绘效率，弥补了传统测绘技术中的不足之处。但由于现阶段，我国的全数字摄影测量还处于起步阶段，对全数字摄影测量的操作步骤与操作细节等都还没有形成系统性的指导方案，因此在实际操作过程中会出现很多不必要的消耗，这就对人力物力等造成了一定程度的浪费。因此，推动全数字摄影测量的发展还需要工程测绘工作者的共同努力[3]。

1、积极推动测量规范等指导措施的建立与完善。全数字摄影测量经历了一定时期的发展，对城市测绘技术的发展进行了革新，传统测量仪器以及解析测量仪等都已经逐渐被全数字摄影测量所取代。但在实际操作中，由于工作人员的综合能力不足、操作方式不当以及环境因素等的影响，测量中所需要耗费的人力、物力等资源较大，没有充分发挥全数字摄影测量经济、快速的特点。因此需要加强对城市测量规范中对全数字摄影测量测量的操作指导，使全数字摄影测量操作有一定的科学依据作为参考。

2、提高成图精度。在较大规模的航测过程中，由于测绘数据较多，容易导致测量不精确，在航带之间出现误差，影响成图的使用效果。因此为加强成图精度，主要从两个方面着手。一是加强模型接边的精度，现在范围线是捕捉标准定向点成四边形。采集地物地貌不超描，到四边形边为止。这样不会出现模型不接边的情况。连续的模型都如此，采集地物地貌到定向点的连线上。显然这样接边精度高于矩形框。二是加强图相间接边精度，方法类似于模型接边进度的确立，将图幅的接边部位裁切出来，将周围的图像资料装载入这一区域，视为一个单独的航片进行计算，就能够有效提高成图精度。

3、提高全数字摄影测量的使用效率。随着现代化经济的发展，城市发展逐渐趋于成熟，城市的基本格局几乎固定下来。但依然要在城市测绘过程中对城市进行航飞拍摄。这样大面积的反复飞行不仅是对人力与物理的巨大浪费，同时也浪费了测绘时间，降低了工作效率。因此要加强对全数字摄影测量在以前的城市测绘工作中工作资料的重复利用，对城市发展中出现变化的城市格局景行单独拍摄，结合旧有的拍摄资料进行修复，是提高工作效率的必然要求。

4、结合新的图像采集系统，发挥全数字摄影测量优势。目前，LIDAR+CCD 相机的集成系统的出现，能够更加快速的获得地面影响，并建立出高精度的高程模型，这项技术的发展，为全数字摄影测量的应用带来了一定的挑战与启示。加强对新的影像采集系统的融合，是全数字摄影测量未来发展的关键所在。

四、总结

综上所述，科学技术的发展，现代全数字摄影测量在城市测量领域的运用中做出了突出贡献，全数字摄影测量的出现，为现代城市建设的地形勘探、城市建模等方面都有着显著效果。为加强测量技术的运用，技术人员应当深入研究全数字摄影测量的特性，在实践中总结经验，提高在操作中数据采集的精确度。

参考文献：

[1]王洛飞.无人机低空摄影测量在城市测绘保障中的应用前景[J].测绘与空间地理信息，2014，（2）：216-218.

[2]张国柱，许桂平.城市大比例尺测图中全数字摄影测量的应用方法[J].科技信息2011，（5）：33-37.

影像测量仪32路自动可调光源设计 篇7

随着工业领域对测量要求不断提高,传统测量不能很好满足实时、高精度的需要。基于CCD的影像测量技术具有非接触、实施较为简易等优点,成为一种提高生产率和保证产品质量的重要技术,具有广阔的应用前景[1]。

影像测量仪是建立在CCD摄影技术基础上来实现测量的,为得到便于处理的高品质图像,需利用光源对其进行照射,使拍摄到的图像中零件轮廓形状更加清晰,图像处理时可提高精度,有利于获得较高的测量精度[2]。因此,光源是影像测量仪中必不可少的部分。影像测量仪的光源一般采用发光二极管(LED)组成,LED不同的排列方式和密度可以组成不同的光源。随着测量技术发展和广泛应用,影像测量仪的光源正逐渐向多路控制方向发展,根据工件测量时的实际需求进行程序控制选择光源的单路或多路发光,以求达到最佳测量效果。

目前市场上主要有4路自动LED可调光源,由四环列二极管组成,采用一个环为一路,或者把整个光源分四相,每相为一路。然而4路可调光源只能实现四相区光源发光,光源各个整环或四相区的每一环不能单独发光,且光的颜色单一。

针对以上缺点,本文设计开发了一种32路自动LED可调四色光源,可实现对光线强度的数字式控制和颜色的组合控制,满足影像测量对光线强度和颜色(波长)的各种需求。

2 光源系统总体设计

设计开发的光源用于影像测量仪的探照光源,可提供控制盒手动控制调光、USB通信控制调光等多种功能,并对照明区域、照明强度和所需光的颜色进行控制调节。光源系统的总体结构框图如图1所示。

3 光源控制系统硬件

光源采用AT89S52单片机作为其控制器件,PDIUS-BD12作为其USB支持芯片,TLC5628作为其控制部分的数模转换器件。这些构成了该光源控制的核心部分,集中在控制硬件的主控板上。光源控制采用12V的直流外部电源供电。电压输入后分两路,一路经过整流、滤波、稳压后直接输出12V的电压作为光源、集成运放器和控制面板内某些元器件的正电位端;另一路通过稳压芯片,经过再次整流、滤波得到一路5V的电压,为控制面板和控制部分的其它电子器件提供工作电压和控制电压。硬件控制流程图如图2。

4 控制面板设计

控制面板使用按键方式控制,通过RS232接口转换电平后与主控板的单片机连接,发送控制信号给单片机。控制面板主要由稳压芯片、控制按键、LED指示灯、RS232转换芯片、51单片机烧写芯片、89S52单片机等组成。

控制按键采用电平方式输入信号给单片机,按键为长开开关,一直处于高电平状态,当按下一次按键时,开关闭合,按键转向低电平状态,发送信号给单片机。LED指示灯与各路光源控制按键一一对应,各路光源控制按键只有在该路LED指示灯亮的情况下才能控制。LED指示灯的控制信号由单片机发出,当连接单片机端与LED电源输入端有电压差时,单片机发送信号给指示灯,控制其发光,此时该指示灯所对应的控制按键可控制。控制按键和指示灯的对应情况由单片机控制程序实现。

5 主控板设计

主控板是整个控制系统硬件的核心,任何控制信号须经过主控板的最终处理,然后才能控制光源。主控板主要分为三大模块:数据处理模块、DA(数模)转换模块和集成运放模块。主控板对输入的控制信号进行处理、DA转换和运放,控制光源发光。主控板电源输入方式同控制面板相似,12V电压分两路输入,其中一路直接供应12V的电压给集成运放器,另一路经稳压芯片滤波、稳压后供应5V的电压给其它电子元件。

5.1 数据处理模块

数据处理模块主要由RS232转换芯片、89S52单片机、USB支持芯片、稳压芯片和EEPROM等组成,进行控制信号的转换和处理。

数据处理模块的RS232转换芯片与控制盒的RS232转换芯片对应,将RS232接口的12V电平转换为单片机的5V电平。RS232接口用于接收手动控制信号。

外部计算机控制软件的数据传输需要通过USB接口,然后再由USB转换芯片传送给单片机。此处采用PDIUS-BD12的USB支持芯片,通常用于微控系统中与微控制器进行通信的设备,有八个双向数据位,用于与微控制器进行数据通信。设计中八个数据位(D0—D7)与单片机的P0—P7口相连,由软件控制片选和读写。USB接口用于接收控制软件发出的自动控制信号,由于USB只有8通道,因此32路光源的控制需要分4次传输。

5.2 DA转换模块

DA转换的基本原理是把数字量的每一位代码按权大小转换成模拟分量,然后根据叠加原理将各代码对应的模拟输出分量相加。主控板采用TLC5628作为DA转换器件。TLC5628是一个八位电压输出数模转换器,采用简易三总线结构———CLK、LOAD和DATA。CLK是连续端口时钟,下降沿到来时将输入的数字信号锁存到输入寄存器;LOAD是连续端口下载控制,下降沿到来时将连续端口寄存器的数字信号输出到输出寄存器,并马上转换成模拟电压送到器件的输出端点;DATA是连续数据信号输入线,包含12位外部输入的数字数据,其中8位为数据,3位为通道控制信息———用于选择输出的通道,一位为输出流量控制。本设计中CLK与单片机的P10—P14相连,LOAD与P21相连,DATA与P20相连。控制时序图如图3所示。

时序中转换和输出由LDAC控制,LDAC相当于输出开关,当LDAC为低电平时输入信号进到TLC5628,开始进行DA转换并输出。

5.3 集成运放模块

光源控制信号通过DA转换后输出模拟信号,由于DA转换本身性能的限制,此时输出的模拟信号极为微弱。为了能给执行部件输入足够强的控制模拟信号,必须对经DA转换后的信号通过运算放大器进行放大处理。

本设计中应用集成运放器作为信号转换后的放大器件,32路上光源、下光源控制信号共需36个集成运放器,分别与DA转换接口对应连接。

需特别注意的是,与控制部分其它的控制元器件不同,集成运放器的输入电源为12V。在整个光源控制系统中,只有集成运放器和LED所需电源为12V,其它元器件的输入电源都为5V,这是由器件本身特性决定的。因此,整个系统的电源由220V交流电整流、滤波成12V直流电后,一部分还需经过稳压芯片的滤波、稳压,才能提供满足各个器件正常工作所需要的电源。

6 光源本体设计

光源是整套系统的执行部件,采用LED组成的上光源和下光源组成,主控板的控制指令经集成运放后传输给光源电路板,控制LED发光。上光源与下光源的LED分布和排列相同,根据测量需要,对上光源实现32路光源控制,下光源只进行整体控制。

上光源有四环,从外到内分别为白、红、绿、蓝四色光,白光和红光各有48个LED,绿光和蓝光各有24个LED。每环平分为八个扇区,共有32个区,即32路。控制器可以单独调节32个区域的亮度,也可以同时调节整环、几个环、整个扇区或几个扇区等多路组合灯的亮度。

下光源的LED均为白光。下光源不分区域,控制器只调节下光源整个光源的亮度,不进行分区亮度控制。其LED布置同上光源一样。

主控板处理控制信号后,通过控制电流强度来调节所有光源的亮度,电流越大,光源就越亮。

7 结语

本文完成的光源设计在常规光源基础上扩大了分区,加入了红、绿、蓝三基色光,可以通过手持控制盒进行手动调节,也可通过软件进行自动调节。在实际测量中,该方法能够更加方便更有针对性的提供高强度多波段的光源,给测量带来方便,并提高精度。

摘要：介绍了一种用于影像测量仪32路自动可调四色光源的新设计。在常规光源基础上扩大分区,加入红绿蓝三基色光。光源系统包括上、下光源和手持控制盒,上、下光源由不同颜色的LED组成,并按不同的排列方式和密度构成32路分区。通过程序控制调节,实现对光线强度的数字控制和颜色的组合控制,满足影像测量对光线强度和颜色的各种需求,以求达到最佳效果。对光源系统的总体结构、控制系统的硬件部分及光源本体的结构也进行了介绍。

关键词：影像测量仪,单片机,光源

参考文献

[1]罗子明,方素平,刘永生.影像测量仪工作台的数字化改造测试[J].电子质量,2008(6):26-29.

骨密度影像学测量方法研究 篇8

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2014年7月-2015年7月于笔者所在医院进行骨密度检查的患者74例作为研究对象, 均确诊为骨质疏松症患者。其中女30例, 男44例;年龄55~75岁, 平均 (66.58±3.46) 岁;13例患者采用X线摄片法, 10例患者采用SPA法, 15例患者采用DPA法, 17例患者采用DXA法, 11例患者采用QCT法, 8例患者采用QUS法。

1.2 方法

1.2.1 X线摄片法第一种方式是通过肉眼对X线片上的骨骼密度、骨小梁数量、形态、皮质厚度等对患者是否存在骨质疏松进行判断, 初步判断出患者的骨质疏松的程度。第二种方法是摄取第二掌骨的正位片, 利用直尺对骨骼外侧横径和髓控宽度进行测量, 计算骨皮质厚度的百分数, 从而对骨皮质厚度的减少程度进行判断。第三种是X线片光密度测量法 (RA) , 通过测量和骨密度相似的铝阶梯不同厚度, 比较其对X线吸收的结果及所测部位的X线吸收程度, 从而对骨矿物质含量进行推测。

1.2.2 SPA利用放射性同位素125I发出的光子扫描前臂骨, 并且对前臂远端的尺、桡骨进行测量, 主要是对桡骨远端三分之一的骨密度进行测量。

1.2.3 DPA

通过高低两种能量的放射性核素对测量部位进行同时扫描, 对软组织因素的影响进行校正, 进而对测量的部位的软组织进行计算, 算出骨矿物质的含量值, 计算出的结果反映了皮质骨与小梁骨的骨密度总和。一般是让患者躺在床上, 在患者背侧放置放射源, 在体前放置Na I晶体探测器, 与放射源距离40 cm。利用脉冲高度分析器对扫描部位进行各像素点计数, 再通过计算机处理将结果打印出来。

1.2.4 DXA

测量仪器包括中轴骨双能X线骨密度仪、外周骨双能X线骨密度仪 (PDXA) , 通过X线源放射两种不同能量的射线, 在侧位检查过程中, 转动扇形束光源DXA的C臂, 进行侧位检查。

1.2.5 QCT

让患者在扫描床上仰卧, 将体模置于腰下方, 首先取定位片, 根据定位片对腰2、3、4椎的扫描层面进行确定, 在每个椎骨的上下终板连线的中点上确定扫描层面, 使之与终板保持平行。进行扫描后将椭圆形的ROI置于椎体断面图像上, ROI横放在椎体前三分之二处, 后三分之一由椎静脉隐窝占据, ROI的前缘与椎体的前侧边缘保持平行, 皮质除外;若ROI遇到腰椎压缩性骨折, 则此时该椎体不能对骨密度进行测量。于骨体模的圆形横切面上尽可能取大的圆形ROI。最后CT机自行计算出骨密度值。

1.2.6 QUS

一般用来测量跟骨, 还有胫骨和髌骨等部位。QUS测量骨密度的方法有声速法和宽带超声衰减法, 利用超声波技术观察患者的骨结构和骨强度, 对皮质骨进行测量。

1.3 统计学处理

采用SPSS 18.0统计学软件对数据进行分析, 计数资料以率 (%) 表示, 比较采用字2检验, 以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

X线摄片法骨质疏松症确诊率为76.92% (10/13) , SPA法骨质疏松症确诊率为80.00% (8/10) , DPA法骨质疏松症确诊率为86.67% (13/15) , DXA法骨质疏松症确诊率为76.47% (13/17) , QCT法骨质疏松症确诊率为90.91% (10/11) , QUS法骨质疏松症确诊率为87.50% (7/8) , 几种测量方式确诊率比较差异均无统计学意义 (P>0.05) 。

3 讨论

骨密度 (BMD) 指的是单位面积的矿物质含量, 综合了骨峰值骨量与骨丢失量两个方面[2]。骨密度很大程度上反映了患者的骨强度, 当人体的骨密度减少, 那么就会增加骨折的风险。据临床研究, 当骨密度减少1SD, 那么发生骨折的风险就增加1.5~2倍, 相反, 骨密度只需增加少量, 骨强度就明显增强[3]。骨质疏松作为骨折的一个危险因素, 临床上主要通过骨密度的测量对骨质疏松进行诊断, 主要包括X线摄片法、单光子吸收 (SPA) 、单能X线吸收法 (SXA) 、双光子吸收法 (DPA) 、双能X线吸收法 (DXA) 等。骨密度测量方法很多, 各有利弊, 要根据患者的骨质疏松部位来进行选择。

X线摄片法中通过肉眼观察不需要用到任何测量仪器, 方便简单, 但是也要求医师临床经验丰富, 且一般只有患者的骨矿物质丢失30%~50%时, 其密度改变才能通过肉眼观察出来, 对于早期的诊断并不适用[4]。第二类是测定骨皮质的厚度, 这种方法常用于团体的普查, 其不需要昂贵的费用、操作简单、辐射量小, 但是该方式分辨能力低, 也不利于早期骨质疏松的准确诊断。在科学技术的不断发展下, RA已经得到了很大的改良, 在计算机成像技术的应用下, RA的测量精度越来越准确。改良RA利用的原理是放射性吸收, 通过非优势手第3指骨BMD测定骨矿物质含量预测出骨折风险性。这种方法费用较低, 且不需要特殊的仪器, 具有很大的发展前景。SPA在临床上应用较为广泛, 不仅方法简单, 而且具有很好的精确性。SPA测量的结果是皮质及骨小梁总和的反映, 对于代谢较快的小梁骨变化不能够反映出来, 所以该方法对于骨代谢改变早期监测存在一定的局限性[5]。同时因为放射性同位素衰减及其放射源缺乏稳定性, 在医学研究不断深入下, SXA逐渐取代了SPA。不过SXA只能测量四肢骨的骨密度, 且因为人体手臂运动较为频繁, 骨密度变化较小, 肌肉对其造成的影响也难以消除, 在采用该方式测定骨密度时需要相同厚度的水样密度的软组织, 但是人体自然的软组织厚度是不一样的, 因此该方式精确度难以保证, 误差较大[6]。在国外, 这种方法已经被淘汰, 但是在国内, 还是有一些医院在使用。DPA对同位素的依赖性较强, 需要经常更换同位素源, 结果受到放射性同位素衰变等因素的影响, 扫描需要较长的时间 (单部位的扫描时间需要半个小时) , 且放射性强度较弱, 图像不清晰, 容易造成较大的误差。而目前采用的DXA则具有更高的优势。DXA通过X线源放射两种不同能量的射线, 扫描时间较短, 能够大大提高测量的准确性, 不仅在骨密度的测量中得到了普遍的应用, 而且在临床药物研究及流行病学的调研中也有广泛的运用。与DPA相比, DXA能够进行侧位的检查, 能够将椎体和后突分开进行检查。因为椎体含有大量的小梁骨, 在诊断骨质疏松时, 其灵敏度也更高, 能够提高诊断的准确性。所以DXA能够进行侧位检查是该方式最重要的一个优点。QCT的优势在于采用的是三维图像定位, 具有较高的敏感性和精确度, 但是因为腰椎QCT设备较大, 需要花费较昂贵的费用, 且放射剂量较大, 因此在临床上的应用并不是很多。QUS超声测量不会产生辐射, 价格也较为便宜, 除了骨密度之外, 对于其他可能会造成骨折的危险因素也能通过QUS获得。但是该方法不能直接测量出骨矿物质的含量, 准确性较低, 存在很大的误差[7,8]。除以上几种方法外, 还有定量磁共振和正电子发射断层造影术, 随着医学技术的不断进步, 对于骨密度的测量方法也将越来越多, 其测量的精度也将提高。

随着社会老龄化进程的加快, 骨质疏松已经成为一种高发的疾病, 影响着人类的健康。骨质疏松容易引起骨折, 严重影响患者的生活质量, 也给患者带来很大的痛苦。因此对于骨质疏松症的正确诊断是治疗疾病的基础, 而骨密度是临床上诊断骨质疏松症的一个指标。文中所列出的几种方法都是临床上常用的影像学方法, 具有一定的优点, 但是同时也存在着一些不足, 在对骨质疏松症进行诊断时应同时进行椎体骨折评估, 灵活运用这几种方法, 同时, 还需要结合实验室检查比如血生化指标的检测、骨代谢激素、骨转换标志物的检测等, 提高诊断的准确率。

参考文献

[1]张进, 宋飞鹏, 郜璐璐, 等.CT能谱成像、定量CT骨密度测定值与骨灰重密度值的比较实验研究[J].中华临床医师杂志 (电子版) , 2015, 9 (17) :3250-3254.

[2]胡丽霞, 张晓岩.超声骨密度检测老年性骨质疏松与骨折的影像学综合分析[J].医学信息, 2015, 28 (23) :227.

[3]陈谦, 丁文元, 申勇, 等.第4腰椎退变性滑脱与影像学参数的关系分析[J].中华外科杂志, 2014, 52 (2) :122-126.

[4]赵圆, 代永亮, 马华, 等.定量CT结合回归模型分析新疆地区维吾尔族与汉族成年女性腰椎骨密度[J].中国医学影像学杂志, 2014, 22 (8) :613-616.

[5]朱春风.骨密度影像学测量方法简介[J].山西医药杂志 (下半月版) , 2013, 42 (12) :642-644.

[6]蔡思清, 颜丽笙, 李毅中, 等.骨密度影像学测量与椎体骨折率评估结合提高骨质疏松的诊断率[J].中国组织工程研究, 2014, 18 (33) :5341-5344.

[7]宋飞鹏, 张进, 郜璐璐, 等.骨质疏松症影像学诊断的研究现状[J].中国现代医生, 2014, 52 (11) :158-160.

测量影像 篇9

为了达到快速、高效、精确的测量效果,除了对测量软件的精确性和快速性有较高要求外,影像测量仪运动控制系统的性能也是制约测量性能的一个重要因素。数字运动控制器是近年来新兴的一种产业。它为从事各种机电一体化设备控制工作的应用工程师提供了功能完备、十分灵活且使用方便的控制平台。本文将GALIL运动控制卡运用于影像测量仪的运动控制系统,具有信息处理能力强、速度控制准确、实时性好、可靠性高等特点。

1 GALIL运动控制卡

在计算机数控系统中,起着关键作用的部分是运动控制单元,它是数控系统的核心单元模块,数控系统的性能、精度一定程度上依赖于运动控制单元性能,由它可完成数控系统中实时性要求比较高的插补、位置控制、开关量I/O等控制任务,使用这样的运动模块并辅助以其他的设备部件,可以方便灵活的构建应用于不同场合的运动控制系统[1]。

本系统选用的控制器是美国GALIL公司生产的DMC-1842运动控制卡。DMC-1842系列运动控制卡可以直接插入到PCI总线,提供高速FIFO发送接收指令。它可以控制4个轴,为正、负向限位、急停、原点开关、提供专用光电隔离输入接口。DMC-1842能够编程的运动方式有JOG,PTP定位,直线、圆弧插补,轮廓,电子齿轮和ECAM。可以用2字符直观易懂的命令及全套支持软件工具(如WSDK伺服调整、分析、工具软件,Active X针对VB用户及C-Programmers)使得应用编程异常简单。

2 系统硬件结构

2.1 系统总体结构

影像测量仪运动控制系统控制轴数为3轴,分别是X、Y、Z方向的直线运动,其中X、Y向可以实现水平方向的联动控制,Z轴实现垂直方向的运动,X、Y、Z 3轴配合带动相机与镜头运动到指定位置。由于系统采用了固定焦距的镜头,在Z轴自上而下运动过程中,当相机镜头与待测工件上表面达到180mm时,需要控制Z轴停止,以达到自动聚焦的功能。运动过程中对系统的快速性和定位精度要求较高。为了在高速下能够平稳运行、并具有较高的定位精度且防止爬行,本运动控制系统的传动机构采用了滚珠丝杠和滑动导轨相结合的方式。这种方式的优点是进给系统中的机械传动装置和元件具有较高的灵敏度,低摩擦阻力和动、静摩擦系数。平台机械结构如图1所示。

1.X轴固定导轨2.X轴滑台3.Z轴滑台4.Z轴固定导轨5.Y轴固定导轨6.Y轴滑台

系统中X向行程为370mm,Y向行程为450mm,Z向行程为220mm。试验台控制系统采用“工业控制机+运动控制卡”的形式构建,便于维护和升级。伺服驱动元件采用步进电动机,反馈元件采用光栅尺,结构如图2所示。

2.2 系统硬件结构

DMC-1842运动控制卡可以直接插入上位机的PCI插槽中,再通过外接的端子板ICM-1900ID连接伺服单元和其他设备。端子板的主要功能包括控制信号的输出,限位、回零等标志信号的输入,编码器反馈信号的输入等。GALIL卡通过端子板实现伺服单元X、Y、Z轴的位置和速度控制。同时光栅尺的反馈信号通过端子板传送给GALIL卡,经过GALIL卡的补偿运算后,发送补偿脉冲给伺服系统,形成一个闭环控制系统。图3为系统的硬件结构图

由图3中可知,上位机的控制中心是整个运动控制系统的核心。它通过调用GALIL运动控制卡中的各种变量和功能的应用程序实现与运动控制卡的信息交换,并负责整个系统的协调运作。上、下位机之间的通信采用PCI总线。上位机将控制信号或程序通过PCI总线传递到GALIL卡的控制参数模块中。同时,GALIL运动控制卡可监视外设的实时状态,可以设置状态输出、传递信息、监视运动参数等。通过输入输出端口与外部的传感器和执行器相连,如指示灯、按钮开关等,然后通过PCI总线将系统的实时运行状态信息(光栅反馈,I/O信号等)传递到上位机。

3 系统软件设计

本运动控制系统软件分为GALIL实时控制软件、系统管理软件和上下位机的驱动程序3个部分。实时控制软件主要完成运功控制、状态检测、螺距补偿等实时性任务;系统管理软件为用户提供一个直观的操作环境,主要实现故障诊断、各轴运行信息的获取和显示、各轴运动方向、运行速度、运行位置的控制、待测工件区域的选取等功能。通信驱动程序采用GALIL公司提供的DMC Win32 Galil Windows API来完成,上位机通过调用GALIL的API函数实现与卡的通信。

3.1 GALIL实时控制软件

GALIL是一个相当开放的系统,允许用户根据具体需求自行扩充软件的功能模块和开发专用功能。因此实时控制软件的设计应充分考虑了软件的开放性,使用户可以根据自己的需要增加软件的功能模块。GALIL实时控制软件主要包括伺服控制模块、信号采集模块和DMC程序解释模块等。

GALIL运动控制器提供了功能强大且使用方便的编程语言,为运动控制提供了方便。而且这些命令能以ASCII码或二进制码发送。用户能够实时通过总线(通信口)发送ASCII命令,由DMC-1842控制器立即执行;也可以将控制命令编写成程序,程序执行时用命令DMCDownload File将DMC程序下载到卡中,再用命令DMCCommand执行即可。

3.2 系统管理软件

系统管理软件是在Windows操作平台上,使用VC++软件结合DMC Win32 Galil Windows API函数开发。具有视频显示、测量方式选择、运动状态显示、异常报警等功能。利用下位机封装好的各类运动控制函数和参数设置功能函数,在上位机软件开发时实现“下位机透明”式的开发,使上位机界面开发以及和其他功能集成时无须关注运动控制层的细节,从而更着重于其他方面功能的实现。系统功能结构如图4所示。

4 结语

本文将GALIL卡强大的运动控制功能和良好的控制稳定性能以及PC机的信息处理能力和界面开发能力有机地结合在一起,运用于影像测量仪的运动控制系统,具有信息处理能力强、速度控制准确、实时性好、可靠性高、操作方便等特点,此系统能可以通过人机交互界面完成数据及运动状态显示、伺服控制及精确定位等任务。

参考文献

[1]徐志鹏.一种基于运动控制卡的数控专用机床[J].微计算机信息,2008(16):188-190.

[2]王志辉,郑强.基于PMAC的四轴纤维缠绕机数控系统设计[J].机械制造,2008(6):26-28.

[3]朱年军,高速数控皮革剪裁机控制系统研制[D].杭州:浙江大学,2006.

[4]吴忠.基于Galil运动控制器的切割机控制系统[J].机电工程,2003(4):44-46.

测量影像 篇10

1 术前计划的重要性

1950年,Küntscher[5]提出革新性的植入物和手术技巧,引入了扩髓概念以增加髓腔与髓内针间的接触、闭合髓内针治疗骨折的技术,为髓内针铺平了发展的道路,髓内针得到广泛的应用,但随之越来越多的并发症也被报道[6]。Galbraith等[7]认为,术前准确估计髓内针的长度可以缩短手术时间,减少出血及局部损伤,降低术中放射量,减少术中及术后膝关节周围疼痛等并发症,完善的术前计划对保证手术的顺利进行以及手术疗效十分重要。根据国内外文献报道,目前胫骨髓内针适用于大多数类型的闭合性或开放性胫骨干骨折,为获得满意的固定效果,置钉的相关技术要求也在不断提高,尤其对髓内针规格的选择上也有了更高的要求[8]。理想规格(包括长度、直径)的髓内针,对于维持骨折断端的稳定性,恢复患肢长度及纠正旋转畸形都有着重要的作用,而不恰当的髓内钉可能会造成医源性骨折、骨不连、复位失败、慢性膝前痛甚至内固定断裂等并发症的发生[7]。

2 术前测量方式

临床上预测胫骨髓内针规格常用技术有:a)术前测量技术;b)术中透视测量技术。术前测量技术主要包括:体表标志测量、X线胶片测量以及数字化测量这三大类。

2.1 体表标志测量方式

这也是临床上最为常用的术前测量方式,根据AO髓内针内固定操作建议[9],术前通过测量体表标志,即测量健侧胫骨髁至外踝的距离,减去30~40mm,即为所需髓钉长度。术前按此长度进行准备,同时备用长或短15 mm的钉,当骨折为粉碎性骨折或肢体短缩明显时可使用该方式。此外,还有通过其他体表标志测量肢体长度来测算胫骨髓内针长度的方法,包括:a)患肢膝关节水平线到踝关节水平线距离;b)膝关节内侧到内踝尖距离;c)胫骨结节最高点到内踝尖距离;d)尺骨鹰嘴到第5掌骨头距离[10];e)人身高系数等[11]。Galbraith等[7]对上述五种测量方式的准确性进行了研究,发现测量患肢膝关节水平线到踝关节水平线的距离,与尺骨鹰嘴到第五掌骨头的距离较其他体表测量方式精确度高,但也只能达到56%。Stephen等[10]比较了测量胫骨结节最高点到内踝尖距离与尺骨鹰嘴到第5掌骨头距离这两种方式,认为当不能测出胫骨结节最高点到内踝尖距离时,可使用尺骨鹰嘴到第五掌骨头的距离来预测髓内针长度,髓针长度应在测得距离值与减去50 mm的范围内。考虑到体表标志测量受主观因素的影响较大,对于经验丰富的医师,体表标志测量可以基本确定术中所用髓内针规格,但不能保证不同医师对同一体表标志的定位完全一致,甚至同一医师对于不同患者的体表标志的定位也会有所不同,因此,通过体表标志测量方式预测胫骨髓内针的长度更多是依靠医师的经验来把握。

2.2 胶片测量方式

罗先正教授[4]提到在胫骨髓内针的术前计划中,通过患侧肢体胫腓骨的X线正侧像以及测量健侧肢体的长度预测术中所用髓内针规格,对手术的准备非常重要。可根据胫骨正位像测量髓内针的长度,根据侧位像测量髓内针的直径。测量长度时,髓钉上端位于平台下5~10mm,下端于踝穴上10~30 mm,减去照相的缩放率,即为所需髓内针的长度。与已知的X线胶片缩放率不同,X线图像的放大失真问题一直是医师关心的问题。Conn等[12]在X线发射管与显像板距离不变的情况下,通过比较并记录骨骼距离显像板不同高度下数字化摄影(Digit Radiography,DR)成像大小,得出随着骨骼与显像板的距离增大DR成像越大的结论,其在距离显像板200 mm时,其放大率可达到20%以上。Venkateswaran等[13]通过回顾性调查与前瞻性研究结合,对比31名采用胫骨髓内针治疗的患者X线胶片测量以及体表标志测算这两种方式的精确性,统计分析发现在通过体表标志测量方式所推测的胫骨髓内针长度值与理想的髓内针长度值之间有良好的相关性,是一种简单而精准度较高的方法,而该研究中X线胶片的测量方式并不比体表标志测量更有优势。

2.3 数字化测量方式

2.3.1 数字影像测量软件的应用

随着数字化信息时代的发展,诊断成像设备中各种先进计算机技术和数字化图像技术的应用为医学影像存档与通信系统(picture archiving and communication systems,PACS)的发展奠定了基础。术前计划利用PACS系统中相关测量工具软件对数字化影像资料进行直接测量[14],预测术中使用内固定物的规格并进行模拟手术,避免了胶片测量的误差,省去胶片测量结果需换算缩放比例等繁琐的工作,进而减少了手术过程中的失误率,争取术后良好的疗效[15]。随着数字化影像资料的广泛使用,不同类型的数字化测量工具不断被研发。目前利用PACS系统相关软件进行术前计划较为成熟的方向主要是人工关节置换术前假体型号的选择,将以往的胶片式模板数字化处理,并内置于PACS系统中,与患者数字影像资料直接匹配,无需人工换算等过程,提高了假体型号与关节的匹配程度,并能够保存相关数据[16]。

2.3.2 髓内针数字影像测量技术

目前对DR影像资料的数字测量软件使用方法都较为便捷,France等[17]结合PACS系统中距离测量工具模块对40例胫骨髓内针手术患者的胫骨DR正位像进行术前测量并进行多种方式校正,发现在同一DR影像资料中,通过已知尺寸物体影像的大小对数字测量值进行校正,所得结果与术后实际所用髓内针长度的相差值最小,该研究并未对体表标志测量方式进行评价。Heep[18]提出与之相似的方式去预测人工髋关节假体型号大小,即将已知尺寸的硬币与骨盆一同拍摄,得到骨盆DR正位像,以硬币大小校正骨盆大小,取得了较为满意的结果。

在胫骨髓内针的数字化影像测量方面,一些商业公司开始尝试应用胫骨髓内针数字模板技术帮助医师进行术前计划,即采集内固定物参数,并导入DR影像中,以匹配髓腔宽度与骨干长度,目前对这一技术的精确性评价尚未见报道。而胫骨DR影像的精确距离测量是髓内针数字模板技术能否推广应用的前提,没有DR影像的精确数字测量,就不能保证数字模板对内固定物型号大小预测的准确性。而DR影像的测量精度,一方面受数字影像资料质量(包括成像原理、软组织厚度所造成的放大率及失真率)的影响,一般方面也受测量软件自身校正能力的影响[19]。

Galbraith等[7]通过尸体标本试验证实了单纯胫骨的X线影像对于判断胫骨长度及预测髓内针的长度有着很高的准确性,也支持罗先正教授根据胫骨正位像测量髓内针长度的这一建议。尤其正位像的测量结果对胫骨实际全长的相符率可达到100%,侧位相可达90%以上,而多种体表标志的测量对于估计胫骨全长的准确性只有50%左右。该研究中许多变量可控,可获得胫骨全长这一金标准,并进行了模拟胫骨髓内针手术证实结果,可信度高,从根本上说明通过影像测量,理论上可达到很高的精确度,为术前数字化影像测量方式预测髓内针理想尺寸提供了可靠依据。但该研究是对离体胫骨行X线测量,未考虑软组织的影响,仍需对在体胫骨的数字影像测量精确性进一步研究。

3 数字化技术展望