TW201418662A - 遠距離量測裂縫之方法及其裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種遠距離量測裂縫之方法及其裝置，其係先利用多點且已知形狀之雷射光點投射到遠距離牆面的裂縫旁，利用幾何計算以獲得各雷射光點之間在牆面上的相對座標與實際距離，此實際距離可作為裂縫的參考長度；然後利用照相機在於遠處同時拍攝裂縫與雷射光點影像，接著利用影像辨識技術將拍攝圖像中的裂縫相關參數計算出來；使用者完全不需要到靠近裂縫的所在位置做近距離量測或是於其旁邊放置參考物件即可獲得裂縫參數，具有安全性與便利性。
Description
本發明係一種遠距離量測裂縫之方法及其裝置，尤指一種使用雷射光束組成的雷射圖案之形變而用以分析裂縫之長寬等參數之遠距離量測裂縫之方法及其裝置。
建築物於牆體上出現裂縫即是結構安全上的一項警訊，即便是細小的裂縫，若不及時進行補強，仍有可能在日益擴大之下，暴露出內部的鋼筋而增加其鏽蝕的可能，進而危害到安全性。
台灣因其地理關係而長年遭受颱風、水患、地震等災害侵襲，因此建築物或是工程結構物也有較高的可能產生裂縫而逐漸老化、劣化，這對人民生命財產構成了嚴重威脅。因此，如何讓工程養護單位在對於橋梁、壩體、隧道等建築工程進行維護管理時，能確實地檢測及追蹤裂縫的狀態即是重要且必須面對的課題。
傳統上，當混凝土建物有裂縫產生時，對於量化裂縫的長度及寬度的方法為接觸性的人工量測，也就是使用手持式的裂縫量尺進行判讀，或是透過超音波做檢測；然而此些人工量測的方式不但費時費力，且量測結果非唯一性，再者，有些裂縫位置並不容易到達，因此在大量施作上有其困難。
而近年來，已有越來越多的專家學者利用影像辨識來獲得圖像上的裂縫資訊，但基本上，雖然此些習知技藝都可能得到圖像上的裂縫資訊，例如長度、寬度等，但這些尺度都是影像上畫素（pixel）的大小，故需再透過參考比尺的轉換關係才能得到實際的裂縫參數。目前仍未有人提出一個簡易又實用的方式來提供圖像上的參考比尺。
台灣因其地理關係而長年遭受颱風、水患、地震等災害侵襲，因此建築物或是工程結構物也有較高的可能產生裂縫而逐漸老化、劣化，這對人民生命財產構成了嚴重威脅。因此，如何讓工程養護單位在對於橋梁、壩體、隧道等建築工程進行維護管理時，能確實地檢測及追蹤裂縫的狀態即是重要且必須面對的課題。
傳統上，當混凝土建物有裂縫產生時，對於量化裂縫的長度及寬度的方法為接觸性的人工量測，也就是使用手持式的裂縫量尺進行判讀，或是透過超音波做檢測；然而此些人工量測的方式不但費時費力，且量測結果非唯一性，再者，有些裂縫位置並不容易到達，因此在大量施作上有其困難。
而近年來，已有越來越多的專家學者利用影像辨識來獲得圖像上的裂縫資訊，但基本上，雖然此些習知技藝都可能得到圖像上的裂縫資訊，例如長度、寬度等，但這些尺度都是影像上畫素（pixel）的大小，故需再透過參考比尺的轉換關係才能得到實際的裂縫參數。目前仍未有人提出一個簡易又實用的方式來提供圖像上的參考比尺。
本發明之主要目的，係提供一種遠距離量測裂縫之方法，其先透過雷射光束照射裂縫之一側，而後進行拍攝及影像分析處理，使用者完全不需要到現場近距離量測或放置參考物件，具有安全性與便利性。
本發明之次要目的，係提供一種遠距離量測裂縫之方法，其藉由雷射光束本身的低發散性而讓量測距離提升到遠距，即便是相隔很遠也不影響準確度。
本發明之另一目的，係提供一種遠距離量測裂縫之方法，其僅需於取得相關參數以及拍攝圖像後即可做分析處理，因此可應用於無人監測系統，並且快速地將數據傳輸至遠端做統一分析。
本發明之再一目的，係提供一種遠距離量測裂縫之裝置，其可對具有裂縫之牆面投射所需要的雷射光束，以搭配本發明之方法做準確的裂縫量測。
因此，本發明揭示了一種遠距離量測裂縫之方法及其裝置，其於方法中係包含步驟：移動一雷射光點投射器，使該雷射光點投射器與一牆面之法線方向平行；移動該雷射光點投射器一水平角度以及一垂直角度，使該雷射光點投射器對準至一投射點，該投射點位於該牆面之一裂縫之一側；投射一雷射圖形至該投射點；拍攝該投射點以及該裂縫，取得一變形圖像；以及還原該變形圖像為一正交影像，取得該裂縫之一參數。透過此些步驟，使用者即可在安全無疑慮之下準確地獲得裂縫的長度及寬度等數值。
本發明之次要目的，係提供一種遠距離量測裂縫之方法，其藉由雷射光束本身的低發散性而讓量測距離提升到遠距，即便是相隔很遠也不影響準確度。
本發明之另一目的，係提供一種遠距離量測裂縫之方法，其僅需於取得相關參數以及拍攝圖像後即可做分析處理，因此可應用於無人監測系統，並且快速地將數據傳輸至遠端做統一分析。
本發明之再一目的，係提供一種遠距離量測裂縫之裝置，其可對具有裂縫之牆面投射所需要的雷射光束，以搭配本發明之方法做準確的裂縫量測。
因此，本發明揭示了一種遠距離量測裂縫之方法及其裝置，其於方法中係包含步驟：移動一雷射光點投射器，使該雷射光點投射器與一牆面之法線方向平行；移動該雷射光點投射器一水平角度以及一垂直角度，使該雷射光點投射器對準至一投射點，該投射點位於該牆面之一裂縫之一側；投射一雷射圖形至該投射點；拍攝該投射點以及該裂縫，取得一變形圖像；以及還原該變形圖像為一正交影像，取得該裂縫之一參數。透過此些步驟，使用者即可在安全無疑慮之下準確地獲得裂縫的長度及寬度等數值。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
首先，請參考第一圖，此圖是本發明關於遠距離量測裂縫之方法的步驟流程圖，其係包含：
步驟S1：移動一雷射光點投射器，使該雷射光點投射器與一牆面之法線方向平行；
步驟S2：移動該雷射光點投射器一水平角度以及一垂直角度，使該雷射光點投射器對準至一投射點，該投射點位於該牆面之一裂縫之一側；
步驟S3：投射一雷射圖形至該投射點；
步驟S4：拍攝該投射點以及該裂縫，取得一變形圖像；以及
步驟S5：還原該變形圖像為一正交影像，取得該裂縫之一參數。
於本發明中，如第二圖所示，其係先將雷射光點投射器1設置於相距具有裂縫的牆面2一定距離的位置，而基於雷射光本身的特性，此距離可相當長，因此能忽略所觀察的牆面2與雷射光點投射器1安裝位置之間的地形問題。此雷射光點投射器1可固定於腳架之上，使其投射方向調整為與牆面2的法線方向平行。
接著，請一併參考第三A~C圖，使用者將此雷射光點投射器1於水平方向移動水平角度α，以及於垂直方向移動垂直角度β，使雷射光點投射器1對準至投射點3。於此階段中，於水平和垂直方向所做調整的順序並無限制，只要能紀錄最終所移動至的投射點3與原本起始位置的角度差異，即可用於進行後續的運算處理。
另外，此於水平方向移動的水平角度α，以及於垂直方向移動的垂直角度β之範圍可因地制宜，而是在移動後，使投射點3落於牆面2的裂縫21之一側。
接續於步驟S3中，請參考第四圖，移動後的雷射光點投射器1投射出一雷射圖形4至投射點3，此雷射圖形4具有至少四個雷射光點41。本發明所使用的雷射光點投射器1可為平行雷射光束式或是可調角度雷射光束式，兩者的差異會顯現於此步驟S4當中。若採用平行雷射光束式，此種雷射光點投射器1會同時發射出相互平行的雷射光束，且各光束間是以矩形的方式做排列。而若採用可調角度雷射光束式，則其係投射出已知形狀（例如矩形）但可放大或縮小形狀之雷射光束，而雷射光點投射器1與牆面2之間的距離可透過整合雷射測距儀來獲得，因此矩形光點放大或縮小後的尺寸可利用幾何計算來獲得。而無論是使用何種形式的雷射光點投射器1，皆可透過雷射光點投射器1與牆面2的法線之夾角，亦即前述所指之水平角度α、垂直角度β而計算出雷射光點41在牆面2上的相對座標。
雷射光點投射器1若要同時發出相互平行的雷射光束，在設計上存在難度，因為即便是極小的誤差，在投射至遠處時就會擴大為不可忽略之偏移，因此本發明對雷射光點投射器1的結構也進行了些許改良，如第五A圖所示，在此平行雷射光束式之雷射光點投射器1的投射面15中，其係將雷射光點投射器1的多個投射口11縮減為一個，而其可透過預設滑軌的方式在雷射光點投射器1的內部沿著滑軌12而移動，進而在每個位置都投射出完全平行的雷射光線，此時在後續的拍攝取像上則可搭配延長快門時間而獲得與多個投射口11並列的相同效果。
另可參考第五B圖，其係為可調角度雷射光束式之雷射光點投射器1的投射示意圖，其中，雷射光點投射器1的投射器本體14的投射面上之投射口具有雷射光源13，透過投射口而投射出雷射光束16，且該些雷射光束16同時與該投射面之法線具有可調整之一夾角θ；而當雷射光束16經投射置牆面2後，形成雷射圖形，此雷射圖形之大小會受夾角θ而調整。
本發明以使用平行雷射光束式為例，請參考第六圖，圖中第一圖形P1為雷射光點投射器1所射出之平行雷射光束之截面；第二圖形P2為將第一圖形P1經修正垂直角度β而垂直於XY平面之圖形；第三圖形P3為將第二圖形P2經修正水平角度α而平行於YZ平面之圖形；而第四圖形P4則為雷射光點投射器1形成於牆面2之變形圖像。其中，雷射光點投射器1所投射出之影像係為多個雷射光點，此第六圖所示之P1、P2、P3以及P4皆係為多個雷射光點所連接起來之虛擬雷射圖形，並非投射實體矩形圖像。
使用者接著於步驟S4拍攝投射點3以及裂縫21，取得一變形圖像。此階段係以相機或照相手機將投射點3的雷射光點41與裂縫21一起拍攝下來。而在拍攝取得變形圖像後，還可進一步將所取得的變形圖像、水平角度α、垂直角度β以及裂縫21所在的全球定位座標透過無線傳輸技術上載至遠端的影像分析系統進行後續的影像分析處理。
獲得所需要的圖像座標資訊和相關角度等還原參數後，使用者即可進行影像分析，也就是還原該變形圖像為一正交影像，例如第七圖所示的變形圖像5與正交影像51之轉換。此時係根據雷射光點投射器之旋轉角（水平角度α與垂直角度β），利用以下經整理之公式（式1）而獲得第六圖中的A、B、C、D點在牆面21上的變形座標（以YZ平面表示）：
接下來，將變形圖像中的雷射光點位置 ，也就是拍攝之照片上的圖像利用影像處理技術辨識出來，然後將變形前與變形後的A、B、C、D等四個點的座標位置代入下式（式2）來聯立求解出係數 ：
在已知係數 的情況下，式2可用來將整張變形圖像還原為正交影像，並獲得雷射光點41間之參考長度。
接下來，裂縫21的影像辨識與參數之獲得的流程可有兩個方式，第一種方式是將原始變形圖像的裂縫21位置於 座標系統上辨識出來，再利用式2將其換算到實際的 平面座標，為一真實座標，因此裂縫21真正的長度、寬度等參數可以在實際的座標系統計算出來。
另一種方式是將獲得之正交影像的裂縫21位置辨識出來，再透過比較裂縫21與雷射圖形4間之參考長度，而獲得裂縫21真正的長度、寬度等參數。
若是在光線不佳或夜間施行量測的情況下，為了增強所拍攝到的圖像之裂縫影像清晰度，本發明所揭示的方法也可以與其他光源搭配使用，雷射光的高聚光性將不會受到輔助光源的影響。
在實際應用之操作結果上，本發明的實例如下：
【例1】
使用平行雷射光束式之雷射光點投射器，而雷射光點投射器之初始矩形寬W為10公分，高H為5公分。將雷射光點投射在如第八A圖之牆面上，雷射投射角度為α= 20°、β= 30°，然後利用相機由另一角度側拍裂縫與雷射光點，獲得第八B圖之牆面以及雷射光點，然後利用公式計算獲得於變形影像上之平行四邊形紅點位置：
A = [0, 0]
B = [W/cos(α), W*tan(α)*tan(β)]=[10.64, 2.1014]
C = [W/cos(α), H/cos(β)+W*tan(α)*tan(β)]
=[10.64, 7.8749]
D = [0, H/cos(β)]=[0, 5.7735]
接著，透過紅點偵測，找出雷射光點在此變形影像上的座標，如第八C圖所示。然後將變形影像的透過式2做座標轉換，轉換成10.64公分x 7.87公分的大小。此時，已將影像轉為正交影像，且圖的大小與實際大小為100像素：1公分。再透過裂縫長度計算程序，將裂縫之座標系統辨識出來，取出起點與終點，將裂縫分段連續累加，如第八D圖之裂縫圖式。
起點 = [242, 1537]
終點 = [2869, 1495]
距離 = 28.2公分 (使用程式分段相加的結果)
在實際量測距離為28.4公分之下，誤差為0.7%。
【例2】
使用可調角度雷射光束式之雷射光點投射器，雷射光點投射器之初始矩形寬W為10公分，高H為5公分。將雷射光點投射在如前一例中的第八A圖之牆面上，雷射投射角度為α= 20°、β= 30°、Xd=100公分、αA= 0°、βA= 0°、αB=1°、βB=1°、αC= 1°、βC= 1°、αD= 1°、βD= 1°，然後利用相機由另一角度側拍裂縫與雷射光點，獲得如第九A圖之牆面以及雷射光點，然後利用公式計算獲得於變形影像上之四邊形紅點位置：
A = [0, 0]
B = [12.9959, 0.0115]
C = [13.0988, 11.0265]
D = [-2.3426, 7.8532]
接著，透過紅點偵測，找出雷射光點在此變形影像上的座標，如第九B圖所示。然後將變形影像的透過公式做座標轉換為正交影像，再透過裂縫長度計算程序，將裂縫之座標系統辨識出來，取出起點與終點，將裂縫分段連續累加，如第九C圖之裂縫圖式。
起點 = [140, 1055]
終點 = [2728, 979]
距離 = 27.84公分(分段相加的結果)
實際量測距離為28.4公分，誤差為2%。
【例3】
此實施例係將第八A圖所示之裂縫設置於圓柱，使裂縫為位於一曲面。利用雷射光點投射器將四道雷射光束投射其上，再利用相機由另一角度側拍裂縫與雷射光點，獲得如第十A圖之非正交圖；然後利用雷射測距儀分別將各光點的座標計算出來：
A = [0, 0, 0]
B = [5, 17, 0]
C = [5, 17, 13.6]
D = [0, 0, 13.6]
接著，透過紅點偵測，找出雷射光點在此變形影像上的座標，如第十B圖所示。然後將變形影像透過公式做座標轉換為正交影像，再透過計算目標曲面的曲面函數，也就是將所有點平移向右與向下增加600像素，代入四點座標入曲面公式並重新投影至三維空間，確實為一曲面。
A = [0, 600, 1960]
B = [500, 2300, 1960]
C = [500, 2300, 600]
D = [0, 600, 600]
代入
得a = 0.0001, b = c = 0, d = -36.5112
接著經由裂縫長度計算將裂縫辨識出來，取出起點與終點，將裂縫分段連續累加出來。其中，直線距離為不考慮裂縫深度值x的影響，曲線距離為考慮裂縫深度值x的影響。
全長裂縫(如第十C圖所示)：
起點 = [234, 1383]
終點 = [2601, 1307]
直線距離23.68公分
曲線距離25.85公分 (分段相加的結果)
實際量測距離為28.4公分，誤差為9%
部***縫：(如第十D圖所示，也就是於第十A圖的雷射光點內範圍)
起點 = [889, 1455]
終點 = [2072, 1392]
曲線距離12.45公分(分段相加的結果)
實際量測距離為12.3公分，誤差為1.2%。其中，全長裂縫量測誤差略大的原因為二，其一是雷射光點外的區域之幾何校正誤差，其二是雷射光點外的區域之曲面函數誤差。
透過本發明所揭示的遠距離量測裂縫之方法及其裝置，先利用多點且已知形狀之雷射光點投射到遠距離牆面的裂縫旁，然後利用幾何計算以獲得各雷射光點之間在牆面上的相對座標與實際距離，作為裂縫的參考長度；然後利用照相機在遠處將裂縫與雷射光點影像一起照下來，針對圖像利用影像辨識技術將裂縫相關參數計算出來，使用者完全不需要到現場近距離量測或放置參考物件，無疑是具有安全性與便利性之遠距離量測裂縫之技術。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
首先，請參考第一圖，此圖是本發明關於遠距離量測裂縫之方法的步驟流程圖，其係包含：
步驟S1：移動一雷射光點投射器，使該雷射光點投射器與一牆面之法線方向平行；
步驟S2：移動該雷射光點投射器一水平角度以及一垂直角度，使該雷射光點投射器對準至一投射點，該投射點位於該牆面之一裂縫之一側；
步驟S3：投射一雷射圖形至該投射點；
步驟S4：拍攝該投射點以及該裂縫，取得一變形圖像；以及
步驟S5：還原該變形圖像為一正交影像，取得該裂縫之一參數。
於本發明中，如第二圖所示，其係先將雷射光點投射器1設置於相距具有裂縫的牆面2一定距離的位置，而基於雷射光本身的特性，此距離可相當長，因此能忽略所觀察的牆面2與雷射光點投射器1安裝位置之間的地形問題。此雷射光點投射器1可固定於腳架之上，使其投射方向調整為與牆面2的法線方向平行。
接著，請一併參考第三A~C圖，使用者將此雷射光點投射器1於水平方向移動水平角度α，以及於垂直方向移動垂直角度β，使雷射光點投射器1對準至投射點3。於此階段中，於水平和垂直方向所做調整的順序並無限制，只要能紀錄最終所移動至的投射點3與原本起始位置的角度差異，即可用於進行後續的運算處理。
另外，此於水平方向移動的水平角度α，以及於垂直方向移動的垂直角度β之範圍可因地制宜，而是在移動後，使投射點3落於牆面2的裂縫21之一側。
接續於步驟S3中，請參考第四圖，移動後的雷射光點投射器1投射出一雷射圖形4至投射點3，此雷射圖形4具有至少四個雷射光點41。本發明所使用的雷射光點投射器1可為平行雷射光束式或是可調角度雷射光束式，兩者的差異會顯現於此步驟S4當中。若採用平行雷射光束式，此種雷射光點投射器1會同時發射出相互平行的雷射光束，且各光束間是以矩形的方式做排列。而若採用可調角度雷射光束式，則其係投射出已知形狀（例如矩形）但可放大或縮小形狀之雷射光束，而雷射光點投射器1與牆面2之間的距離可透過整合雷射測距儀來獲得，因此矩形光點放大或縮小後的尺寸可利用幾何計算來獲得。而無論是使用何種形式的雷射光點投射器1，皆可透過雷射光點投射器1與牆面2的法線之夾角，亦即前述所指之水平角度α、垂直角度β而計算出雷射光點41在牆面2上的相對座標。
雷射光點投射器1若要同時發出相互平行的雷射光束，在設計上存在難度，因為即便是極小的誤差，在投射至遠處時就會擴大為不可忽略之偏移，因此本發明對雷射光點投射器1的結構也進行了些許改良，如第五A圖所示，在此平行雷射光束式之雷射光點投射器1的投射面15中，其係將雷射光點投射器1的多個投射口11縮減為一個，而其可透過預設滑軌的方式在雷射光點投射器1的內部沿著滑軌12而移動，進而在每個位置都投射出完全平行的雷射光線，此時在後續的拍攝取像上則可搭配延長快門時間而獲得與多個投射口11並列的相同效果。
另可參考第五B圖，其係為可調角度雷射光束式之雷射光點投射器1的投射示意圖，其中，雷射光點投射器1的投射器本體14的投射面上之投射口具有雷射光源13，透過投射口而投射出雷射光束16，且該些雷射光束16同時與該投射面之法線具有可調整之一夾角θ；而當雷射光束16經投射置牆面2後，形成雷射圖形，此雷射圖形之大小會受夾角θ而調整。
本發明以使用平行雷射光束式為例，請參考第六圖，圖中第一圖形P1為雷射光點投射器1所射出之平行雷射光束之截面；第二圖形P2為將第一圖形P1經修正垂直角度β而垂直於XY平面之圖形；第三圖形P3為將第二圖形P2經修正水平角度α而平行於YZ平面之圖形；而第四圖形P4則為雷射光點投射器1形成於牆面2之變形圖像。其中，雷射光點投射器1所投射出之影像係為多個雷射光點，此第六圖所示之P1、P2、P3以及P4皆係為多個雷射光點所連接起來之虛擬雷射圖形，並非投射實體矩形圖像。
使用者接著於步驟S4拍攝投射點3以及裂縫21，取得一變形圖像。此階段係以相機或照相手機將投射點3的雷射光點41與裂縫21一起拍攝下來。而在拍攝取得變形圖像後，還可進一步將所取得的變形圖像、水平角度α、垂直角度β以及裂縫21所在的全球定位座標透過無線傳輸技術上載至遠端的影像分析系統進行後續的影像分析處理。
獲得所需要的圖像座標資訊和相關角度等還原參數後，使用者即可進行影像分析，也就是還原該變形圖像為一正交影像，例如第七圖所示的變形圖像5與正交影像51之轉換。此時係根據雷射光點投射器之旋轉角（水平角度α與垂直角度β），利用以下經整理之公式（式1）而獲得第六圖中的A、B、C、D點在牆面21上的變形座標（以YZ平面表示）：
接下來，將變形圖像中的雷射光點位置
在已知係數
接下來，裂縫21的影像辨識與參數之獲得的流程可有兩個方式，第一種方式是將原始變形圖像的裂縫21位置於
另一種方式是將獲得之正交影像的裂縫21位置辨識出來，再透過比較裂縫21與雷射圖形4間之參考長度，而獲得裂縫21真正的長度、寬度等參數。
若是在光線不佳或夜間施行量測的情況下，為了增強所拍攝到的圖像之裂縫影像清晰度，本發明所揭示的方法也可以與其他光源搭配使用，雷射光的高聚光性將不會受到輔助光源的影響。
在實際應用之操作結果上，本發明的實例如下：
【例1】
使用平行雷射光束式之雷射光點投射器，而雷射光點投射器之初始矩形寬W為10公分，高H為5公分。將雷射光點投射在如第八A圖之牆面上，雷射投射角度為α= 20°、β= 30°，然後利用相機由另一角度側拍裂縫與雷射光點，獲得第八B圖之牆面以及雷射光點，然後利用公式計算獲得於變形影像上之平行四邊形紅點位置：
A = [0, 0]
B = [W/cos(α), W*tan(α)*tan(β)]=[10.64, 2.1014]
C = [W/cos(α), H/cos(β)+W*tan(α)*tan(β)]
=[10.64, 7.8749]
D = [0, H/cos(β)]=[0, 5.7735]
接著，透過紅點偵測，找出雷射光點在此變形影像上的座標，如第八C圖所示。然後將變形影像的透過式2做座標轉換，轉換成10.64公分x 7.87公分的大小。此時，已將影像轉為正交影像，且圖的大小與實際大小為100像素：1公分。再透過裂縫長度計算程序，將裂縫之座標系統辨識出來，取出起點與終點，將裂縫分段連續累加，如第八D圖之裂縫圖式。
起點 = [242, 1537]
終點 = [2869, 1495]
距離 = 28.2公分 (使用程式分段相加的結果)
在實際量測距離為28.4公分之下，誤差為0.7%。
【例2】
使用可調角度雷射光束式之雷射光點投射器，雷射光點投射器之初始矩形寬W為10公分，高H為5公分。將雷射光點投射在如前一例中的第八A圖之牆面上，雷射投射角度為α= 20°、β= 30°、Xd=100公分、αA= 0°、βA= 0°、αB=1°、βB=1°、αC= 1°、βC= 1°、αD= 1°、βD= 1°，然後利用相機由另一角度側拍裂縫與雷射光點，獲得如第九A圖之牆面以及雷射光點，然後利用公式計算獲得於變形影像上之四邊形紅點位置：
A = [0, 0]
B = [12.9959, 0.0115]
C = [13.0988, 11.0265]
D = [-2.3426, 7.8532]
接著，透過紅點偵測，找出雷射光點在此變形影像上的座標，如第九B圖所示。然後將變形影像的透過公式做座標轉換為正交影像，再透過裂縫長度計算程序，將裂縫之座標系統辨識出來，取出起點與終點，將裂縫分段連續累加，如第九C圖之裂縫圖式。
起點 = [140, 1055]
終點 = [2728, 979]
距離 = 27.84公分(分段相加的結果)
實際量測距離為28.4公分，誤差為2%。
【例3】
此實施例係將第八A圖所示之裂縫設置於圓柱，使裂縫為位於一曲面。利用雷射光點投射器將四道雷射光束投射其上，再利用相機由另一角度側拍裂縫與雷射光點，獲得如第十A圖之非正交圖；然後利用雷射測距儀分別將各光點的座標計算出來：
A = [0, 0, 0]
B = [5, 17, 0]
C = [5, 17, 13.6]
D = [0, 0, 13.6]
接著，透過紅點偵測，找出雷射光點在此變形影像上的座標，如第十B圖所示。然後將變形影像透過公式做座標轉換為正交影像，再透過計算目標曲面的曲面函數，也就是將所有點平移向右與向下增加600像素，代入四點座標入曲面公式並重新投影至三維空間，確實為一曲面。
A = [0, 600, 1960]
B = [500, 2300, 1960]
C = [500, 2300, 600]
D = [0, 600, 600]
代入
得a = 0.0001, b = c = 0, d = -36.5112
接著經由裂縫長度計算將裂縫辨識出來，取出起點與終點，將裂縫分段連續累加出來。其中，直線距離為不考慮裂縫深度值x的影響，曲線距離為考慮裂縫深度值x的影響。
全長裂縫(如第十C圖所示)：
起點 = [234, 1383]
終點 = [2601, 1307]
直線距離23.68公分
曲線距離25.85公分 (分段相加的結果)
實際量測距離為28.4公分，誤差為9%
部***縫：(如第十D圖所示，也就是於第十A圖的雷射光點內範圍)
起點 = [889, 1455]
終點 = [2072, 1392]
曲線距離12.45公分(分段相加的結果)
實際量測距離為12.3公分，誤差為1.2%。其中，全長裂縫量測誤差略大的原因為二，其一是雷射光點外的區域之幾何校正誤差，其二是雷射光點外的區域之曲面函數誤差。
透過本發明所揭示的遠距離量測裂縫之方法及其裝置，先利用多點且已知形狀之雷射光點投射到遠距離牆面的裂縫旁，然後利用幾何計算以獲得各雷射光點之間在牆面上的相對座標與實際距離，作為裂縫的參考長度；然後利用照相機在遠處將裂縫與雷射光點影像一起照下來，針對圖像利用影像辨識技術將裂縫相關參數計算出來，使用者完全不需要到現場近距離量測或放置參考物件，無疑是具有安全性與便利性之遠距離量測裂縫之技術。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
1．．．雷射光點投射器
11．．．投射口
12．．．滑軌
13．．．雷射光源
14．．．投射器本體
15．．．投射面
16．．．雷射光束
2．．．牆面
21．．．裂縫
3．．．投射點
4．．．雷射圖形
41．．．雷射光點
5．．．變形圖像
51．．．正交影像
α．．．水平角度
β．．．垂直角度
P1．．．第一圖形
P2．．．第二圖形
P3．．．第三圖形
P4．．．第四圖形
θ．．．夾角
第一圖：其係為本發明之步驟流程圖；
第二圖：其係為本發明對準雷射光點投射器而使之與牆面之法線方向平行之示意圖；
第三A圖：其係為本發明於水平角度移動雷射光點投射器之示意圖；
第三B圖：其係為本發明於垂直角度移動雷射光點投射器之示意圖；
第三C圖：其係為本發明於投射雷射圖形至投射點之示意圖；
第四圖：其係為本發明之雷射圖形截面示意圖；
第五A圖：其係為本發明之平行雷射光束式雷射光點投射器之投射口示意圖；
第五B圖：其係為本發明之可調角度雷射光束式雷射光點投射器之投射示意圖；
第六圖：其係為本發明之一較佳實施例使用平行雷射光束式之投射座標示意圖；
第七圖：其係為本發明之一較佳實施例之變形圖像與正交影像照片；
第八A~D圖：其係為本發明之例1之實際操作影像照片；
第九A~C圖：其係為本發明之例2之實際操作影像照片；以及
第十A~D圖：其係為本發明之例3之實際操作影像照片。
第二圖：其係為本發明對準雷射光點投射器而使之與牆面之法線方向平行之示意圖；
第三A圖：其係為本發明於水平角度移動雷射光點投射器之示意圖；
第三B圖：其係為本發明於垂直角度移動雷射光點投射器之示意圖；
第三C圖：其係為本發明於投射雷射圖形至投射點之示意圖；
第四圖：其係為本發明之雷射圖形截面示意圖；
第五A圖：其係為本發明之平行雷射光束式雷射光點投射器之投射口示意圖；
第五B圖：其係為本發明之可調角度雷射光束式雷射光點投射器之投射示意圖；
第六圖：其係為本發明之一較佳實施例使用平行雷射光束式之投射座標示意圖；
第七圖：其係為本發明之一較佳實施例之變形圖像與正交影像照片；
第八A~D圖：其係為本發明之例1之實際操作影像照片；
第九A~C圖：其係為本發明之例2之實際操作影像照片；以及
第十A~D圖：其係為本發明之例3之實際操作影像照片。
無
Claims (14)
- 一種遠距離量測裂縫之方法，其步驟係包含：
移動一雷射光點投射器，使該雷射光點投射器與一牆面之法線方向平行；
移動該雷射光點投射器一水平角度以及一垂直角度，使該雷射光點投射器對準至一投射點，該投射點位於該牆面之一裂縫之一側；
投射一雷射圖形至該投射點；
拍攝該投射點以及該裂縫，取得一變形圖像；以及
還原該變形圖像為一正交影像，取得該裂縫之一參數。 - 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該雷射光點投射器係為一平行雷射光束式或一可調角度雷射光束式。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該雷射光點投射器僅具有一投射口。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該雷射圖形具有至少四個雷射光點。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該雷射圖形係為矩形。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中還原該變形圖像為該正交影像之步驟中，係以該變形圖像之座標、該水平角度以及該垂直角度為還原參數。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中於取得該參數之步驟中，係先辨識該變形圖像之一變形後座標，再利用該些還原參數，將該變形圖像還原為該正交影像。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於取得該裂縫之該參數之步驟中，將先辨識該裂縫於該變形圖像之座標，再換算至一真實座標而獲得該參數。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於取得該裂縫之該參數之步驟中，將先辨識該裂縫於該正交影像之座標，再參考該裂縫與該雷射圖形間之參考長度而獲得該參數。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該參數包含該裂縫之長度以及寬度。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於取得該變形圖像後，更包含步驟：傳送該變形圖像、該水平角度、該垂直角度以及一全球定位座標於一遠端。
- 一種遠距離量測裂縫之裝置，係為一雷射光點投射器，其係包含：
一投射器本體，其一投射面具有複數個投射口；以及
複數個雷射光源，透過該些投射口而投射出雷射光束，且該些雷射光束同時與該投射面之法線具有可調整之一夾角；
其中，該些雷射光束經投射至一牆面後，形成一雷射圖形，該雷射圖形之大小受該夾角而調整。 - 一種遠距離量測裂縫之裝置，係為一雷射光點投射器，其係包含：
一投射器本體，其一投射面具有至少一投射口；以及
至少一雷射光源，透過該些投射口而投射出雷射光束。 - 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中該投射面具有一滑軌，使該投射口沿著該滑軌而投射出平行之雷射光束。
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