CN101033962A - 一种基于光学的模型试验位移测量方法及装置 - Google Patents

一种基于光学的模型试验位移测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光学的模型试验位移测量方法及装置，属于测量技术领域。主要技术方案是在被测试模型上设置标志点，通过摄像设备进行图像采集，并提取不同时刻的图像。将提取到的图像导入测试分析系统，可以得到各测试点的位移或变形。本发明可以实时记录模型标记点的变形过程，并通过数字图像处理得到满足较高精度要求的位移。该测试系统能用来进行较高精度的模型试验中位移测量。

Description

一种基于光学的模型试验位移测量方法及装置
技术领域
本发明涉及光学摄像和数字图像的转换和处理领域，特别是一种用于滑坡模型试验中的位移测量方法。本发明还涉及用此种方法进行测量的装置。
背景技术
滑坡模型试验中的位移测量的传统方法通常是采用机械式测量或电容传感器测量方法来获得模型的位移量，这种方法的主要缺点有两点：一是计量器械的支撑点和测量点都要给予足够的空间，这样使得测点的布置数量非常有限；二是由于计量器械直接接触模型，所测得的变形受接触点的变形影响而存在较大误差。
发明内容
本发明的目的是要提供一种采用光学原理，通过非接触式的光学摄影，并对摄影得到的数字图片进行图像处理，得到模型位移的光学测量方法，可以对模型的整个过程进行全程自动精确位移量测；本发明的另一个目的是提供了使用此方法的相关装置。
本发明的目的是这样实现的：一种基于光学的模型试验位移测量方法，在模型测试面布设标志点，标志点嵌固在试验模型中，使标志点与模型变形测点始终保持一致；
将摄像设备布设在与测试平面垂直位置，保证摄像的有效范围，使摄像所得到的数字图像像素对应物理尺寸控制在精度要求范围内；
摄像设备将试验过程的图像转换为图像信号，图像信号经过图像采集卡采集压缩形成流媒体文件；
将得到的流媒体文件导入计算机进行处理后得到位移量。
将流媒体文件导入计算机后先提取边缘点，再剔除异常点，拟合求得标志点的中心，对不同时刻的图象处理后，得到位移量。
得到的流媒体文件采用MPEG4格式。
一种基于光学的模型试验位移量测量装置，摄像设备3，在测试面1上固定标志点2，摄像设备3设置在与测试平面1垂直的位置上，摄像设备3通过信号线5与计算机4连接。摄像设备3可以是摄像机、摄像头或照相机。
本发明提供基于光学的模型试验位移测量方法及装置，采用光学原理，通过非接触式的光学摄影，并对摄影得到的数字图片进行图像处理，减少了计量器械的支撑点和测量点所占用的空间，扩大了测量点的布置数量和范围；由于采用的是非接触式测量方法，计量器械不直接接触模型，所测得的变形不会受接触点的变形影响而产生误差，并可以对模型的整个过程进行全程自动精确位移量测。
附图说明
图1是本发明中测量装置的结构示意图。
图2是本发明中图像处理系统流程图。
具体实施方式
本发明提供的测量装置主要主测试面1、标志点2、摄像设备3、计算机4等构成，摄像设备3可以是摄像机、摄像头或照相机。
在模型测试面1布设的标志点2是一个前部为正方形平板，后部的翼与正方形平板正交，标志图案为白底黑色圆斑。标志点2通过翼嵌固在模型中，使标志点2与模型变形测点始终保持一致。摄像设备3分辨率不小于352×288，摄像头布设在与测试平面1垂直且离测试平面距离1～2m的位置，保证摄像的有效范围，使摄像所得到的数字图像像素对应物理尺寸控制在不小于0.5pixel/mm的范围内；
根据需拍摄区域的大小和高度布设好摄像机，并调节水平装置使摄像机水平，转动摄像机使摄像机正对拍摄区域，将摄像机与计算机相连，进行图像提取。
标志点2随被测设备运动，随摄像头3将试验过程的图像转换为图像信号，图像信号经过图像采集卡采集压缩形成MPEG4格式的流媒体文件，该流媒体文件实时记录了试验过程中标志点的整个变形过程，并通过信号线5传递给计算机4。计算机的处理流程先将提取的图像导入图像处理系统，对图像进行各种参数设定后，计算边缘点，再剔除异常点，拟合求得到标志点的中心，当对不同时刻的图象处理后，就可求得位移量。
本技术方案中采用的图像识别算法是基于圆形图案的圆心识别算法，因此标志点形式不能改变，但大小可以调整。
对于关键时刻的具体变形值，通过以下方式得到：选择可以播放MPEG4流媒体的媒体播放器播放记录试验过程的流媒体文件，在需要采集计算标志点变形的时刻提取图像；利用图形数据处理系统进行径向梯度最大检测算法搜索图像中的圆斑边缘点；利用3σ准则剔除异常点，采用最小二乘法拟合求出圆心位置；连续进行以上图片的采样和圆心位置的计算就可以得到标志点圆斑的连续的变形信息。

Claims (5)

1、一种基于光学的模型试验位移测量方法，其特征在于：
在模型测试面布设标志点，标志点嵌固在试验模型中，使标志点与模型变形测点始终保持一致；
将摄像设备布设在与测试平面垂直位置，保证摄像的有效范围，使摄像所得到的数字图像像素对应物理尺寸控制在精度要求范围内；
摄像设备将试验过程的图像转换为图像信号，图像信号经过图像采集卡采集压缩形成流媒体文件；
将得到的流媒体文件导入计算机进行处理后得到位移量。
2、权利要求要求1所述的基于光学的模型试验位移测量方法，其特征在于：将流媒体文件导入计算机后先提取边缘点，再剔除异常点，拟合求得标志点的中心，对不同时刻的图象处理后，得到位移量。
3、根据权利要求1或2所述的基于光学的模型试验位移测量方法，其特征在于：得到的流媒体文件采用MPEG4格式。
4、一种基于光学的模型试验位移量测量装置，摄像设备(3)，其特征在于：在测试面(1)上固定标志点(2)，摄像设备(3)设置在与测试平面(1)垂直的位置上，摄像设备(3)通过信号线(5)与计算机(4)连接。
5、根据权利要求4所述的基于光学的模型试验位移量测量装置，其特征在于：摄像设备(3)可以是摄像机、摄像头或照相机。
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