CN113063367A - 一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***及测量方法 - Google Patents

一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***，包括黑白工业相机、工业定焦镜头、电子经纬仪、测距机、三脚架、高亮度单色LED靶标、与单色光源波长对应的窄带通滤波片和计算机；本发明选择桥面上同一直线上三个或以上的被测点，测量其到相机靶面的距离，通过空间内的直线拟合方法求得直线，以便得到直线上任意点到相机靶面的距离，然后利用数字图像相关算法跟踪该点在目标图像中的图像坐标，最后利用斜光轴单点标定方法计算标定系数和挠度。该***不用与桥体相接触，且因为使用斜光轴方法视频挠度仪摆放时可以摆放在易于观察的位置，并且本发明实现了对桥体的全场测量，可以实时检测桥面任意点的挠度信息。

Description

一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量*** 及测量方法
技术领域
本发明主要用于桥梁等大型工程结构的检测及监测技术领域，尤其涉及一种可适用于桥体全场挠度实时检测的非接触式测量方法。
背景技术
挠度是评价桥梁健康状况的一个重要指标，间接反映了桥梁结构竖向方向的刚度，同时反映桥梁结构形变是否达到危险范围。目前广泛用于桥梁施工现场检测以及桥梁健康状况检查的挠度测量方法有百分表、水准仪、经纬仪等，这些测量方法虽然涉及的仪器简单易操作，但是存在费时费力、使用不便、不能实现实时测量等不足之处，并且必须人工测量，因此只能用于桥梁短期检测以及低频率的检测。为了解决这些挠度测量方法存在的问题，一些新型的挠度测量仪器和方法不断出现，如，雷达干涉仪、测量机器人、倾角仪、G PS、激光图像法、光电成像法等，这些新型测量方法相对于传统测量方法，在某些方面进行了改进解决了一部分问题，有着各自的优势。
虽然这些新型的挠度测量方法解决了一部分问题，但是依旧存在一些缺点以及未能解决的问题，如，需将仪器架设在与被测桥梁绝对垂直的位置、测量精度达不到检测要求、测试时仪器需足够靠近被测桥梁、无法实现多点动态同步测量、无法实现对桥梁的实时监测、无法实现桥梁挠度的全场测量、必须用某几个点来代替桥梁的整体情况等。
发明内容
为了解决现有技术存在的无法进行远距离高精度全场挠度实时测量的问题，本发明提出了一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量方法，这一测量方法实现了高精度、远距离、实时测量，通过多点同步测量并利用直线拟合出桥面上所有点到视频挠度仪的距离，然后通过单点标定公式实现对任意点的测量，即实现了全场测量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***包括视频挠度仪、测距机、三脚架、高亮度单色光LED靶标、窄带通滤波片和计算机；视频挠度仪用于实时采集所需要的三个以上被测点的信息并将信息输入计算机中；测距机用于测量各个被测点到视频挠度仪中相机靶面的距离以及黑白工业相机光轴与水平面的夹角，并将距离输入计算机；三脚架用于支撑视频挠度仪并能够粗调视频挠度仪的角度以及高度；单色光LED靶标用于安装到被测点上，便于视频挠度仪取得更加丰富准确的信息；窄带通滤波片用于屏蔽所对应单色光波长之外的环境光；计算机用于处理从视频挠度仪和测距机输入的被测点相关数据，通过直线拟合得到桥面各点到相机靶面的距离，将桥面上每个点通过单点标定公式计算得各点挠度，并将实时位移或挠度曲线显示在计算机上。
进一步，所述视频挠度仪包括电子经纬仪、黑白工业相机以及工业定焦镜头；并且黑白工业相机便于调整方向进行不同被测点的数据采集。
进一步，所述窄带通滤波片与单色光LED靶标的波段相对应。
进一步,所述挠度计算方法为基于斜光轴数字图像相关方法的单点标定方法。
进一步，所述数字拟合方法为利用三点进行的空间内的直线拟合方法。一种使用基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***的测量方法：
1)在桥面的三个或以上被测点位置分别安装单色光LED靶标(尽量保证在同一水平线上)；
2)将视频挠度仪架设在易于操作且便于调节以观测到被测点的地方，使得可以保证尽量同一地点可以采集到各个被测点的信息(必要时使用两个或更多视频挠度仪实现)；
3)将窄带通滤波片安装在视频挠度仪的黑白工业相机的定焦镜头前，同时调整黑白工业相机以便于取得尽量清晰的图像；
4)用测距机测量相机靶面到各个被测点的距离，并测量视频挠度仪上黑白工业相机光轴与水平面的夹角；
5)将测距机测得的相机靶面到各个被测点的距离实时传输到计算机中，并通过空间内的直线拟合方法拟合出出目标函数，并计算出直线上任意一点到相机靶面的距离。
6)将求得的目标直线上各点到相机靶面的距离实时传输到计算机中，并利用计算机中存储的各项数据实时计算出挠度结果。挠度的计算方法为基于斜光轴数字图像相关原理的单点标定方法，计算出标定系数以及对应的挠度，对待测直线上每一点进行计算就可以得到全场的挠度信息。
本发明的有益效果为:
1、与传统的视频引申计相比，本发明实现了非接触式的测量，在使用过程中放置比较方便并且可以节省大量人力成本，同时可以对一些难以接触测量的桥体进行检测。
2、本发明采用的斜光轴原理，便于挠度仪摆放，不要求必须摆放在与桥体正垂直的地方，操作更加方便。
3、引入的空间内的直线拟合方法，只需计算机简单的运算就可以计算出桥面目标直线上没一点到相机靶面的距离，然后通过进一步的运算可以实现对桥体挠度的全场测量，不再使用一个点或几个点反应桥体总体的健康状况，这种全场的测量可以更加准确地检测桥体出现的微小问题，通过这种实时的检测可以及时地修补桥体。
4、本发明使用的挠度计算方法为基于斜光轴数字图像相关原理的单点标定方法，这种方法保持高效率的同时得到更精确的挠度计算结果，从而实现对桥体微小位移快速且准确地测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***的结构示意图；
图中：1、黑白工业相机；2、工业定焦镜头；3、电子经纬仪；4、测距机；5、三脚架；6、单色光LED靶标；7、与单色光源波长对应的窄带通滤波片；8、计算机
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***，该***包括黑白工业相机1、工业定焦镜头2、电子经纬仪3、测距机4、三脚架5、单色LED靶标6、与单色光源波长对应的窄带通滤波片7以及计算机8；黑白工业相机1用于采集图像，并将图像传输到计算机8；工业定焦镜头2用于采集被测点表面的清晰图像；电子经纬仪3用于安装架设黑白工业相机1以及工业定焦镜头2，提供水平及垂直两个角度的调节，使被测点均处于比较容易测量的位置。测距机4用来测量各待测点到黑白工业相机1靶面的距离以及黑白工业相机光轴与水平面的夹角，并将测得的数据输入计算机8用于求解目标直线。三脚架5用来固定支撑由电子经纬仪3、黑白工业相机1、工业定焦镜头2所组成的视频挠度仪9。单色光LED靶标6安装在相应的被测点位置，必须保证有三个以上的被测点，作为采集图像上供软件进行数字图像相关分析的特征。与红色光源波长对应的窄带通滤波片7安装在工业定焦镜头2上，滤掉除单色光LED靶标6之外的其他光线，最大限度降低噪声干扰，可实现在环境光变化的条件下进行测量。计算机8用于处理测距机4以及黑白工业相机1测得的数据，通过空间内直线拟合的方法求解目标直线从而便于的到直线各点到相机靶面的距离，同时通过上文所述的单点标定公式求得各点对应的实时挠度数据，并将目标直线上各点的时间-挠度曲线显示在计算机13的显示器上。
具体操作方法如下：
1、在桥面的同一直线上选择三个或以上的被测点，然后安装LED靶标。
2、将视频挠度仪架设在便于操作的位置，使得测距机可以快速准确地测出所需数据，同时几个被测点都能在采集图像中显示出来；
3、将窄带通滤波片装在黑白工业相机的镜头上，粗调三脚架和电子经纬仪使其便于测量与变换角度，并调整黑白工业相机使图像清晰；
4、用测距机测量视频挠度仪上黑白工业相机光轴与水平面的夹角，并测量相机靶面到各个被测点的距离，将测的的数据输入计算机；
5、通过被测点的相关数据，通过建立相机坐标系以及图像坐标系并利用空间内的直线拟合方法，求解目标直线，从而可以得到直线上任意一点到相机靶面的距离；
6、利用黑白工业相机采集到的信息，通过计算机处理信息并利用目标点到相机靶面的距离求得任一点任意时刻的挠度信息。挠度的具体计算方法为将直线上任一点在相机坐标系中的坐标代入拟合得到的直线得到图像中的坐标，然后利用数字图像相关算法跟踪该点在目标图像中的图像坐标，最后利用斜光轴单点标定方法计算标定系数和挠度，通过计算机显示屏显示出挠度时间图像，对直线上所有点进行上述计算即可得全场实时挠度信息。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***，其特征在于：该通用视频挠度测量***包括黑白工业相机(1)、工业定焦镜头(2)、电子经纬仪(3)、测距机(4)、三脚架(5)、高亮度单色光LED靶标(6)、与单色光源波长对应的窄带通滤波片(7)和计算机(8)；所述黑白工业相机(1)用于采集图像，并将图像传输到所述计算机(8)；所述工业定焦镜头(2)用于采集被测点表面的清晰图像；所述电子经纬仪(3)用于安装架设所述黑白工业相机(1)以及所述工业定焦镜头(2)，并提供水平及垂直两个角度的调节，使被测点在图像中的位置适当；所述测距机(4)用来测量各待测点到所述黑白工业相机(1)靶面的距离以及黑白工业相机(1)光轴与水平面的夹角；所述三脚架(5)用来固定支撑由所述电子经纬仪(3)、黑白工业相机(1)、工业定焦镜头(2)所组成的视频挠度仪(9)；所述高亮度单色光LED靶标(6)安装在相应的被测点位置以便采集到更加清晰地图像信息；所述与单色光源波长对应的窄带通滤波片(7)安装在所述工业定焦镜头(2)上，用于滤掉除所述单色光LED靶标(6)之外的其他光线，降低噪声干扰，实现在环境光变化的条件下进行测量；所述计算机(8)用于处理测距机(4)测得的数据并通过直线拟合得到目标直线上任意点到黑白工业相机(1)靶面的距离，同时处理由黑白工业相机(1)采集到的图像数据，利用单点标定方法求得任意点的挠度信息，并实时显示桥体全场任意点时间-挠度曲线。
2.根据权利要求1所述的一种基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***，其特征在于：所述的视频挠度仪(9)可实现桥体全场非接触式的实时测量与检测。
3.一种使用权利要求1、2任一所述的基于斜光轴数字图像相关方法的全场挠度实时测量***的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在桥面的三个或以上被测点位置分别安装单色光LED靶标；
(2)将视频挠度仪架设在易于操作且便于调节以观测到被测点的地方，使得可以保证尽量同一地点可以采集到各个被测点的信息；
(3)将窄带通滤波片安装在视频挠度仪的黑白工业相机的定焦镜头前，同时调整黑白工业相机以便于取得清晰的图像；
(4)用测距机测量相机靶面到各个被测点的距离，并测量视频挠度仪上黑白工业相机光轴与水平面的夹角；
(5)将测距机测得的相机靶面到各个被测点的距离实时传输到计算机中，并通过空间内的直线拟合方法拟合出出目标函数，并计算出直线上任意一点到相机靶面的距离；
(6)将求得的目标直线上各点到相机靶面的距离实时传输到计算机中，并利用计算机中存储的各项数据实时计算出挠度结果。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述直线拟合方法具体为：求得目标直线方法为通过建立相机坐标系以及图像坐标系，并利用不少于三个目标点得空间直线拟合方法。
5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，步骤(6)中挠度求解方法具体为：基于斜光轴数字图像相关原理的单点标定方法，计算出标定系数以及对应的挠度，对待测直线上每一点进行计算就可以得到全场的挠度信息。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210702

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