基于图像处理的光学测量方法及其应用探析

金 雪

西安航空学院，陕西 西安 710089

0 引言

作为一种新兴的测量技术，基于图像处理的光学测量是一种智能化、科学化的测量手段，其在实际测量中能够不接触物体就对物体进行复杂、精确的测量。在社会各个行业，光学测量都起到了非常重要的作用，在一定程度上推动着社会的变革。

1 光学测量法技术现状与发展方向

1.1 技术现状

从功能方面来说，基于图像处理的光学测量技术在技术上已经由点扩散为面，从静态发展为动态，同时从低速发展成高速。就光学测量法的原理而言，当前的发展现状主要体现在以下几个方面：其一，相比于传统方法中的人眼探测，光学探测器的发明在极大程度上提高了测量的精度与准度，使光学测量能够更加科学合理；其二，以往在测量过程中采取的方法主要是光电结合，而现阶段则更新为光机电算一体化模式，有效提高了测量的质量；其三，由于激光具有一定的稳定性，激光测量比传统光源测量更具优势[1]。

1.2 发展方向

在现代工业中，智能化、精密化、集成化的程度越来越高，因此在处理图像时，相关的光学测量方法需要更加先进。同时，在科学领域，微光学在发展中取得了重大进步，在此过程中产生的微结构系统也将在光学测量中发挥重要作用。在科学技术上，3D技术的发展也非常迅速，纳米级别的光学测量也实现了较大进步。未来，光学测量会向着更小尺寸、更高精度和更小误差的方向发展。

2 基于图像处理的光学测量方法应用研究

在光学测量的应用中，因为基于图像处理的光学测量方法具有比传统测量方式更优越的特点，所以在工业生产中应用得比较广泛，如在对机械形状进行测量、对元器件进行检测等。同时，随着微型计算机的不断发展，以微型计算机图像测量系统为依据的相关光学测量也取得了巨大发展。对此，文章以环境监测为例，以此对基于图像处理的光学测量方法进行探究。

另外，当前全球都在面临水污染的问题，虽然水体的富营养化可以用光学显微镜进行直接观测，但空气的流动性等特点则无法使光学显微镜发挥相应的作用。对此，利用光电检测技术可以有效解决上述问题。光电检测技术作为一项新兴技术，其原理是通过光的光谱特性而对周围的环境进行有效检测，能够直接对环境中的污染物开展检测，能提高检测的效率与质量。

2.1 光学显微镜在水质检测中的应用

目前，水体富营养化是造成水质污染的主要原因之一，在环保部门对相关水体进行取样检测的过程中，需要通过光学显微镜进行检测。在对水质进行检测时，检测的对象主要包含三个方面，即水中生物群落类别、水质毒性、细菌霉菌。

水体中，浮游植物在整个生态系统中扮演着初级生产者的作用，因为其繁殖能力非常强大，所以在水质营养提升后，浮游植物的生长速度会加快，对水质造成严重的威胁，因此对水中存在的生物群落进行检测非常必要。同时，对细菌、霉菌等进行检测也是水质检测中的重要环节，检测的对象包括多个方面，如大肠杆菌等，利用光学显微镜对浮游植物进行检测也是非常有效的。此外，光学显微镜还可以对指定水域中的水质进行检测，从而依据相关参考对水质的富营养化进行科学判断[2]。

2.2 光学分析方法在水质检测中的应用

光学分析法主要是通过光照后形成的光峰对物体的光谱特征进行研究，此种方法的检测速度快，精确度高。先进的测量方法可以有效降低检测的成本，提高检测的质量与效率，同时减轻检测人员的工作压力，因此对测量方法进行科学合理的改进是极为必要的。现阶段，主流的光学分析测量方法主要有比色分析法、间接测定法和直接测定法等。

比色分析法主要是对水质中含有的有色重金属离子浓度进行检测，其分为两种类型，即目视比色分析法和光电比色分析法。在采用目视比色分析法时，主体通常为人，由于人在进行测量时存在一定的主观性，测量误差难以避免，而在采用光电比色分析法时，其主要采用分光光度法，此种测量方法能够有效解决人为误差的问题，使测量的结果更加精确和灵敏[3]。

间接测定法主要是对水质中重金属的离子浓度进行检测的方法，通常是依据荧光分析法来进行。荧光分析法是指通过计算机来获取水中重金属离子的荧光图形，以此对水中重金属离子的浓度进行检测。在采用此方法时，还额外需要重金属离子的匹配试剂。

相对于间接测定法，直接测定法无需进行试剂匹配的环节，因此在实际检测的过程中其检测的效率也相对较高。但在使用间接测定法时，需要被检测物质能够发出荧光，因此相比于其他方法，其具有一定的劣势。

随着科技的不断进步，研究人员发现激光具有其他光源无可比拟的优越性，因此相关人员结合激光的独特特性发明了激光诱导荧光技术，此种测量技术使激光技术在直接测定法中有着相当重要的地位[4]。

2.3 光电检测技术在环境监测中的应用

光电检测技术在环境检测中的应用也较为广泛，其原理主要是，当物体被光束照射后，其自身的电导率发生一定程度的改变，同时产生物体的光电动势能，此种现象即为光电效应。光电检测技术主要是对相关的光信息进行分析和研究，接着将相关信息导入计算机系统中，最后经过计算机的总结和整理，使被测物体的信息能够被获取。

同时，在相互作用中物体和光自身不够稳定，因此对物体的相关特点有一定程度的改变。基于此，可将光电检测技术分为激光监测系统和宽带光源监测系统两大类，二者唯一的区别在于各自可以分别覆盖窄区光源和宽区光源，其在各自的领域中都发挥着极其重要的作用。

由于激光监测系统的分辨率较高，且扫描范围相对较窄，因此灵敏性较高。但激光监测技术也存在一定的局限性，如物体在被检测时，其接纳的光谱波长与系统中的激光波长一致。并且激光检测是单色性，由于其扫描范围相对较窄，因此单次检测只能检测出一种化合物成分。

宽带光源监测系统由于自身的分辨率较低，无法对检测到的多种化合物进行有效区分。当分辨率低于一定标准时，在实际观测中就无法对相关的波峰进行观察，从而对其浓度的检测造成一定的影响。现阶段，在宽带检测系统中，主要存在紫外差分光学吸收光谱仪（Uv-DOAs）检测系统和傅里叶变换红外干涉仪（FTIR）检测系统两种，此两种系统都可以对被检测物的化合物进行深入全面的检测。紫外差分光学吸收光谱仪（Uv-DOAs）检测系统主要是通过光的折射来获取相关数据，即光波在发出之后，被检测物体将其进行反射，利用计算机技术对反射前后的光波差异进行分析，以此得出相关的比较结果，最后对相关的数据进行全面比对，以此检测出化合物的种类[5]。紫外差分光学吸收光谱仪（Uv-DOAs）检测系统的测试范围相对较广，可以对多种化合物进行测量，因此在各行业都较为常见。在一些化工厂，很容易出现毒气泄漏的状况，因此需要检测范围较广的检测系统。傅里叶变换红外干涉仪（FTIR）检测系统能够对多种化合物进行有效检测，同时对污染源中的有害气体进行针对性的检测，以此为相关检测提供科学全面的数据。

早期，对水质进行检测的设备主要是光学显微镜，而在光学检测技术普及后，其渐渐应用到环境检测等领域，不仅提高了检测的准度与精度，还提高了检测的效率和质量。光学随着时代的变革而不断发展，在光学发展的同时，又对其他学科形成了积极影响，进而为人们的生活带来了便利。

3 结束语

基于图像处理的光学测量技术在不断地发展，已涉及多个应用领域，为社会带来了极大的便利。在三维光学技术发展到四维光学技术的过程中，人们对光的认识在不断发生变化，以此对社会各个行业提供了坚实的发展动力。对此，我国应当加大光学测量技术的发展力度，为社会的整体进步提供坚定的保障。