CN105067208B - 一种基于ccd的多通道桥梁挠度监测方法 - Google Patents
一种基于ccd的多通道桥梁挠度监测方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统及方法，本发明涉及桥梁挠度监测系统及方法。本发明是要解决现有技术操作不便、不适合长期监测、测量精度不高、成本较高、应用性不高、操作复杂以及工程实用性不强的问题而提出的一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统及方法；该系统包括图像采集模块、挠度处理模块、参数输入模块和操作按钮模块；基于CCD的桥梁挠度监测方法使用CCD相机采集桥梁测点处的靶标图像，利用数字图像相关方法(DIC)计算桥梁测点处的挠度值，并通过标尺标定转换为实测挠度等步骤实现的。本发明应用于桥梁挠度监测领域。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁挠度监测系统及方法，特别涉及一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统及方法。
背景技术
桥梁挠度监测对于了解现役桥梁的健康状况和工作状态具有重要意义，并且可为桥梁的承载力和运营状况提供重要参考依据。现有的挠度测量方法可以分为传统测量方法和自动测量方法，传统测量方法包括：百分表测量方法、精密水准仪测量方法和全站仪测量方法。其中百分表是接触式的，测量时需要将仪器安装到桥梁结构，与桥梁结构直接接触；精密水准仪需要使用标尺，标定不便；全站仪受环境影响较大，价格昂贵。且此三种方法均适合短期测量，不适合野外长期监测。
自动测量方法包括加速度计测量方法、基于微波干涉的挠度测量方法、GPS测量方法、测量机器人挠度测量方法、张力线测量方法、基于倾角方式的测量方法和基于连通管方式的测量方法。加速度计采集到的数据中高频成分比重很大，根据加速度数据积分计算位移的时候，低频成分会被掩埋，而桥梁的挠度恰好属于低频成分，同时，两次积分运算也会引入误差，因此，这种方法的精度不高。基于微波干涉的挠度测量方法根据桥梁变形前后反射波的相位差来计算桥梁挠度，该方法的测量精度高，但是不适用于桥梁横向和纵向同时发生明显变形的情况。GPS测量方法的实用性很好，但是使用卫星，成本很高，测量精度为厘米级。测量机器人挠度测量方法是在全站仪测量方法基础上进行的自动化和智能化处理，成本较高。张力线测量方法需要布设接触式的传感器，材料的选取很难，工程应用性不好。基于倾角方式的测量方法成本较高，不适合大范围密集测量。基于连通管方式的测量方法需要在桥梁主梁上布设连通管线，操作复杂，工程实用性不强。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术操作不便、不适合长期监测、测量精度不高、成本较高、应用性不高、操作复杂以及工程实用性不强的问题，而提出的一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统及方法。
上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统具体包括：
图像采集模块、挠度处理模块、参数输入模块和操作按钮模块；其中，挠度处理模块包括挠度曲线子模块和挠度数值子模块；操作按钮模块包括图像预览子模块、图像采集子 模块、停止预览子模块、停止采集子模块和标定子模块。
一种的基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法是基于CCD的多通道桥梁挠度监测装置实现的，所述的装置包括多路CCD相机、靶标、射灯、镜头、相机支架、射灯支架、时控开关、多通道图像采集卡和计算机组成；一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法具体计算过程如下：
步骤一、由于桥梁受载荷作用，每台CCD相机获得桥梁挠度变形后的靶标图像；
步骤二、假设t0时刻的靶标图像的参考子区中心的坐标为(x0,y0)；ti时刻桥梁发生变形，变形后的靶标图像的变形子区中心的坐标为(xi,yi)；
步骤三、通过数字图像相关方法(Digital image correlation,DIC)计算变形时刻ti的变形子区的中心坐标(xi,yi)，选择的相关系数为零均值归一化互相关系数CZNCC，如式(1)所示：
式中，f(u,v)为参考子区中点(u,v)位置处的灰度值，参考子区大小为(2M+1)×(2M+1)；g(u',v')为在变形子区中与点(u,v)对应的点(u',v')的灰度值；为参考子区中各点f(u,v)的灰度平均值；为变形子区中各点g(u',v')的灰度平均值；
步骤四、选择的亚像素搜索方法为二次曲面拟合方法；设相关系数矩阵CZNCC中绝对值最大的元素的位置为Q(x0,y0)，由Q及其周围的8个整像素点共9个像素点形成局部二次曲面，二次曲面方程如式(2)所示：
Φ(x,y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f (2)
a、b、c、d、e和f为拟合多项式的系数；
步骤五、通过9个像素点的位置以及9个像素点对应位置处的相关系数值，拟合出式(2)中的未知系数a～f，从而计算出曲面极值点的坐标即为变形子区中心坐标在变形图像上的位置(xi,yi)；
步骤六、ti时刻变形子区中心坐标(xi,yi)与初始时刻参考子区中心坐标(x0,y0)的差 值，即为ti时刻桥梁测点处的水平和垂直位移(△x，△y)，如式(3)所示：
其中，△x为ti时刻桥梁测点处的水平位移，△y为ti时刻桥梁测点处的垂直位移，即桥梁挠度数值。
发明效果
本发明的目的在于为桥梁挠度长期监测提供一种非接触、快速、高精度的基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统及方法；CCD检测成像技术作为一种重要的无损检测手段,具有非接触、成本较低、较高精度、操作简单等优点，在许多工程测量领域内发挥了巨大作用。CCD相机可以较好地满足桥梁挠度监测的各项需求。
本发明可根据桥梁挠度监测需求设定参数，多通道CCD相机同步采集、图像处理、标尺标定、挠度计算、曲线显示、数据存储及提供监测报告等功能，具有实时采集、快速处理、操作简单等优点，适于桥梁结构挠度变形的长期健康监测。
附图说明
图1(a)为实施例提出的t0时刻靶标图像位置示意图；
图1(b)为实施例提出的ti时刻靶标图像位置示意图；
图2为实施例提出的4通道CCD相机桥梁挠度监测系统示意图；
图3(a)为实施例提出的靶标圆斑面示意图；
图3(b)为实施例提出的靶标安装示意图；
图4为实施例提出的相机和射灯安装示意图；
图5(a)为实施例提出的CCD相机标定图片；
图5(b)为实施例提出的CCD相机标定完成图片；
图6为实施例提出的4通道CCD桥梁挠度监测软件界面示意图；
图7为实施例提出的图6中图像采集模块显示的测点1～4的靶标图像放大示意图；
图8为实施例提出的图6中挠度曲线子模块显示的桥梁测点挠度曲线放大示意图；
图9为实施例提出的图6中参数输入模块中参数输入放大示意图；
图10为实施例提出的图6中操作按钮模块中挠度监测按钮输入放大示意图；
图11为实施例提出的图6中挠度数值子模块中桥梁挠度测点布置放大示意图；
图12为实施例提出的一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统操作流程图；
图13为实施例提出的一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统的工作流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统，其特征在于一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统具体包括：图像采集模块、挠度处理模块、参数输入模块和操作按钮模块；其中，挠度处理模块包括挠度曲线子模块和挠度数值子模块；操作按钮模块包括图像预览子模块、图像采集子模块、停止预览子模块、停止采集子模块和标定子模块；
参数输入模块和操作按钮模块是基于CCD((charge coupled device,电荷耦合器件)的多通道桥梁挠度监测系统的核心部分，用于控制完成图像采集和数据分析计算。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统操作过程利用参数输入模块将采集靶标图像(靶标图像反映的就是桥梁结构测点所在位置处的挠度)的参数输入；利用图像预览子模块将靶标的视场画面在图像采集模块的窗口进行实时显示，根据视场画面调整CCD相机的角度、焦距及光照情况；将相机调整后，利用停止预览子模块释放对CCD相机的占用；随后，利用标定子模块对每台CCD相机做1次目标标定的操作，即可完成标尺标定；利用图像采集子模块控制CCD相机对反映测点所在位置处的挠度的靶标图像进行采集，CCD相机采集到的靶标图片及分析得到的挠度数据将被保存到指定位置；同时，在挠度曲线子模块区实时显示桥梁测点的挠度曲线，在挠度数值子模块区实时显示桥梁测点的挠度数值；最后，桥梁挠度监测过程结束时，利用停止采集子模块停止CCD相机对靶标图像的采集；其中，输入的参数包括靶标图像的采集周期、桥梁结构挠度变形数据文件的保存时间和目标尺寸；目标尺寸为靶标圆斑的直径。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的图像预览子模块用于实时显示CCD相机所对的靶标的视场画面以调整CCD相机的角度、焦距及光照情况；
所述的挠度处理模块用于显示分析计算得到挠度曲线和挠度数值；
所述的参数输入模块用于输入采集桥梁挠度测点所在处的靶标图像的参数；其中，输入采集桥梁挠度测点所在处的靶标图像的参数包括桥梁挠度测点所在处的靶标图像采集周期参数、文件保存参数和目标尺寸参数；
其中，采集周期参数是指采集一张照片所间隔的时间，单位为：秒，输入值为大于0的数值；文件保存参数是指保存桥梁测点挠度曲线所需时间间隔，单位为：天，输入值为大于0的整数；目标尺寸参数是指布设在桥梁挠度测点所在处的靶标圆斑直径，单位为毫米；目的是为了实现测量单位坐标的转换，即毫米与像素之间的转换；
所述的操作按钮模块用于控制多通道靶标图像的预览、采集、标定及停止采集；
所述的挠度曲线子模块用于实时显示桥梁挠度测点所在处的挠度变形曲线；
所述的挠度数值子模块用于实时显示桥梁挠度测点所在处的挠度变形数值；
所述的停止预览子模块用于释放CCD相机的占用；
所述的标定子模块用于控制CCD相机所对目标标定的操作；
所述的图像采集子模块用于控制CCD相机采集测点所在位置处的靶标图像；
所述的图像采集模块用于实时显示CCD相机采集测点所在位置处的靶标图像；
所述的停止采集子模块用于停止CCD相机采集测点所在位置处的靶标图像。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式的一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法是基于CCD的多通道桥梁挠度监测装置实现的，所述基于CCD的多通道桥梁挠度监测装置包括多路CCD相机、靶标、射灯、镜头、相机支架、射灯支架、时控开关、多通道图像采集卡和计算机；一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法具体计算过程如下：
步骤一、由于桥梁受载荷作用，每台CCD相机获得桥梁挠度变形后的靶标图像；
步骤二、选取合适的匹配子区；假设t0时刻的靶标图像的参考子区中心的坐标为(x0,y0)；ti时刻桥梁发生变形，变形后的靶标图像的变形子区中心的坐标为(xi,yi)；
步骤三、通过数字图像相关方法(Digital image correlation,DIC)计算变形时刻ti该变形子区的中心坐标(xi,yi)，选择的相关系数为零均值归一化互相关系数CZNCC，如式(1)所示：
式中，f(u,v)为参考子区中点(u,v)位置处的灰度值，参考子区大小为(2M+1)×(2M+1)；g(u',v')为在变形子区中与点(u,v)对应的点(u',v')的灰度值；为参考子区中各点f(u,v)的灰度平均值；为变形子区中各点g(u',v')的灰度平均值；CZNCC考虑了光照分布不均，对外界干扰不敏感，所以其鲁棒性较好，适用于普通的测量环境；
步骤四、选择的亚像素搜索方法为二次曲面拟合方法；设相关系数矩阵CZNCC中绝对 值最大的元素的位置为Q(x0,y0)，由Q及其周围的8个整像素点共9个像素点(3*3网格就是9个点，Q点是3*3网格中间的那个点，剩余就是8个点)形成局部二次曲面，二次曲面方程如式(2)所示：
Φ(x,y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f (2)
a、b、c、d、e和f为拟合多项式的系数；
步骤五、通过9个像素点的位置以及9个像素点对应位置处的相关系数值，拟合出式(2)中的未知系数a～f，从而计算出曲面极值点的坐标即为变形子区中心坐标在变形图像上的位置(xi,yi)(ti时刻变形匹配子区中的靶标中心坐标(xi,yi))；
步骤六、ti时刻变形子区中心坐标(xi,yi)与初始时刻参考子区中心坐标(x0,y0)的差值，即为ti时刻桥梁测点处水平和垂直位移(△x，△y)，如式(3)所示：
其中，△x为ti时刻桥梁测点处的水平位移，△y为ti时刻桥梁测点处的垂直位移，即桥梁挠度数值，△x和△y的单位均为像素；△x和△y可通过标尺标定的方法将像素单位转换为毫米单位，其中标定用的标尺为靶标圆斑的直径。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：基于CCD的多通道桥梁挠度监测装置安装过程具体为：
(1)、基于CCD的多通道桥梁挠度监测装置包括CCD相机、靶标、射灯、光学镜头、相机支架、射灯支架、时控开关、多通道图像采集卡和计算机组成；将每个靶标安装在被监测桥梁结构需要监测挠度的位置处；所述靶标上涂黑底白斑，圆形白斑位于靶标中心，白斑尺寸根据物距大小相应调整；靶标本身须有较大刚度，不会发生变形；
(2)、将光学镜头与CCD传感器相连，并将CCD相机安装在相机支架上；将射灯安装在射灯支架上；
其中，安装的CCD相机型号性能相同，并且CCD相机都具有较高图像分辨率；光学镜头尺寸与CCD传感器尺寸必须匹配，接口类型匹配；光学镜头根据物距和靶标成像的大小进行选择镜头焦距；光学镜头像素为百万像素级光学镜头；相机支架用于固定相机； 较高图像分辨率为百万像素以上；
(3)、将带支架的CCD相机和带支架的射灯固定在桥墩；如果条件允许，或者将带支架的CCD相机安装固定在桥墩的盖梁上；其中，CCD相机具有自动增益控制和背景光自动补偿功能；CCD相机数目决定于桥梁挠度测点数目；
(4)、将CCD相机与电源连接后，通过导线将CCD相机与电脑相连；将时控开关与射灯相连，并将时控开关接通电源，根据监测桥梁所在地设定时控开关闭合的时刻和打开的时刻，时控开关用来控制射灯在晚上打开，在白天关闭；
(5)、打开CCD相机，调整CCD相机的角度和焦距，使靶标位于视场中央且图像清晰，然后将CCD相机固定；打开射灯，并调整射灯的角度来对准靶标；调整完成后，将射灯固定；打开电脑，安装CCD相机驱动程序，确保CCD相机正常工作；其中，射灯照度使CCD相机能在夜间采集到清晰的靶标图像；
(6)、每台CCD相机通过导线连接到多通道图像采集卡上，多通道图像采集卡安装在计算机上，运行计算机中的基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统控制多通道CCD桥梁挠度监测装置实现桥梁挠度测点处的靶标图像采集及桥梁挠度监测；即完成采集靶标图像参数设置、CCD相机标定、靶标图像采集和桥梁挠度监测。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤(6)中多通道图像采集卡采用模拟采集卡或数字采集卡，接口类型为IEEE1394、千兆网卡或USB接口。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法计算过程如下：
由于桥梁受载荷作用,每台CCD相机获得靶标图像(靶标图像反映的就是桥梁结构测点所在位置处的挠度)。如图1(a)所示，选取合适的参考子区。假设t0时刻的靶标图像的参考子区中心的图像坐标为(x0,y0)。如图1(b)ti时刻桥梁发生变形，变形后图像中变形子区中心的坐标为(xi,yi)，该值通过数字图像相关方法(DIC)计算可以得到。计算时，选择的相关系数为零均值归一化互相关函数，如式(1)所示：
式中，f(u,v)为参考子区内各点的灰度值，参考子区大小为(2M+1)×(2M+1)；g(u',v')为在变形子区中与点(u,v)对应的点(u',v')的灰度值；为参考子区中各点f(u,v)的灰度平均值；为变形子区中各点g(u',v')的灰度平均值。
选择的亚像素搜索方法为二次曲面拟合方法。设相关系数矩阵CZNCC中绝对值最大的元素的位置为Q(x0,y0)，由Q及其周围的8个整像素点共9个像素点可以形成局部二次曲面，该曲面方程如式(2)所示。通过这9个点的位置以及对应位置处的相关系数值，可以拟合出式(2)中的未知系数a～f，从而可以计算出曲面极值点的坐标该点即为变形子区中心坐标在变形图像上的位置(xi,yi)；
Φ(x,y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f (2)
如图1所示，ti时刻变形子区中心坐标(xi,yi)与初始时刻参考子区中心坐标(x0,y0)的差值，即为ti时刻桥梁测点所在处的水平及垂直位移(△x，△y)，如式(3)所示。
其中△x为ti时刻桥梁测点处的水平位移，△y为ti时刻桥梁测点处的垂直位移，即桥梁挠度数值。
以上得到的桥梁挠度数值的单位为像素，通过标尺标定的方法可以将像素单位转换为毫米单位，本实施例输入的目标尺寸为靶标白色圆斑的直径100mm。
本次实施中选用的4个通道CCD桥梁挠度监测系统如图2所示，该系统监测桥梁挠度的工作流程如图13所示。该系统由4路CCD相机、靶标、射灯、镜头、相机支架、射灯支架、时控开关、4通道千兆网卡、计算机和桥梁挠度监测软件组成。其特征在于：一个CCD相机安装在一个相机支架上，一个射灯安装在一个射灯支架上并连接一个时控开关；每个CCD相机通过网线连接到4通道千兆网卡上，4通道千兆网卡安装在计算机上，由桥梁挠度监测软件控制监测系统实现桥梁挠度测点处的靶标图像采集及挠度测量。 本次实施中4个通道CCD桥梁挠度监测系统的安装过程如下：
1、将图3(a)和图3(b)所示的靶标用膨胀螺栓安装在被监测桥梁跨中位置处。
2、将CCD相机和射灯分别安装在各自的支架上，然后将带支架的CCD相机和带支架的射灯安装固定在一侧的桥墩上，如图4所示。如果条件允许，也可以将带支架的CCD相机安装固定在这一侧桥墩上面的盖梁上。
3、将CCD相机电源接好，并通过网线与电脑相连；将时控开关与射灯相连，并接通电源，根据桥梁所在地设定时控开关闭合的时刻和打开的时刻。
4、打开电脑，安装CCD相机驱动程序，确保CCD相机正常工作。打开CCD相机，一名操作人员调整CCD相机的角度，另一名操作人员观察电脑屏幕，当靶标位于视场中央时，电脑前的操作人员通知调整CCD相机的操作人员将CCD相机固定，对每台CCD相机都执行相同的操作；打开射灯，使射灯对准靶标，然后固定射灯，对每台射灯执行相同的操作。调试安装后的4通道CCD桥梁挠度监测系统如图2所示。
5、打开电脑，运行4通道CCD桥梁挠度监测软件，完成参数设置、图像预览、同步采集、标尺标定、挠度计算、曲线据显示及数据存储等功能；软件操作流程图如图12所示，首先在参数输入区输入：采集周期、文件保存和目标尺寸。利用参数输入模块将采集靶标图像的参数输入完成后，点击图像预览按钮，利用图像采集模块的四个窗口将依次显示4个测点所在位置处的靶标的视场画面，根据视场画面调整CCD相机的角度、焦距及光照情况；CCD相机调整完成后，点击停止预览按钮后，程序将释放对CCD相机的占用；点击标定按钮后，将弹出图5(a)所示的窗口，鼠标变为十字叉的形状，鼠标在圆斑附近点两下，使叉丝与圆斑相切，点完后，如图5(b)所示。对每台CCD相机都要做1次目标标定的操作即可完成标定。点击图像采集按钮后，软件会控制CCD相机对测点进行测量，并绘制“桥梁测点挠度曲线”。同时将CCD相机采集到的照片保存到指定位置，分析得到的位移数据也将保存到指定位置。测得的测点挠度数值也将实时显示在“桥梁挠度测点布置示意图”对应的空白框内；根据基于CCD的桥梁挠度监测方法测量桥梁挠度变形，并提供桥梁结构挠度变形的监测报告。
运行4通道CCD桥梁挠度监测软件“bridgemeasurement.exe”，可以看到图6～11所示软件界面。“桥梁测点观察”显示CCD相机视场情况以及采集得到的图片，这里有4个通道，连接4台CCD相机。“采集周期”后面输入一个正整数，例如，输入10，表示每隔10秒采样一次。这里所说的“采样”包括：CCD相机采集图片和对图片进行分析计算。“文件保存”后面输入一个正整数，例如，输入1，表示每隔1天，软件界面和“桥梁挠度测点曲线”保存一次，另外，这里所说的间隔的天数是根据系统的日期来判断。“桥梁挠度测点曲 线”直观地显示分析计算的到的桥梁挠度曲线。“目标尺寸”后面输入特征斑的直径，这里输入100。这样参数输入区域的操作就完成了。接下来，点击“图像预览”按钮，“桥梁测点观察”的4个通道会显示所连接的4台CCD相机视场的实时画面，这样可以再一次确认CCD相机安装正确。点击“停止预览”按钮，4个通道显示的实时画面会停止，程序释放对CCD相机的占用。点击“标定”按钮，将会依次弹出4张照片，这4张照片就是程序控制CCD相机抓拍得到的包含靶标的照片，操作人员需要依次在每张照片上点两点，使得以此两点连线为对角线的正方形正好与圆形的特征斑相切，完成标定过程。点击“图像采集”按钮，程序将按照设定的参数进行图片采集、挠度计算以及相关数据的保存，“桥梁测点挠度”曲线会显示分析计算的到的挠度曲线，“采样时间”下面将自动显示图片采集所对应的时刻，分析计算得到的挠度数值将会显示在“测点1”“测点2”“测点3”“测点4”的下面。计算得到的2014年8月11日挠度数值以文本文件的格式保存，保存数据格式如下：
本实施例为桥梁挠度监测提供一种非接触、快速和高精度的基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法及系统。基于CCD的桥梁挠度监测方法使用CCD相机采集桥梁测点处的靶标图像，利用数字图像相关方法(DIC)计算桥梁测点处的挠度值，并通过标尺标定转换为实测挠度。基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统包括多路CCD相机、靶标、射灯、镜头、相机支架、射灯支架、时控开关、多通道图像采集卡、计算机和桥梁挠度监测软件。本实施例可根据桥梁挠度监测需求设定参数，完成多通道CCD相机同步采集、图像处理、标尺标定、挠度计算、曲线显示、数据存储及提供监测报告等功能，具有实时采集、快速处理、操作简单等优点，适于桥梁结构挠度变形的长期健康监测。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法，所述的基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法是基于CCD的多通道桥梁挠度监测装置实现的，所述的装置包括多路CCD相机、靶标、射灯、镜头、相机支架、射灯支架、时控开关、多通道图像采集卡和计算机；其特征在于一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法具体计算过程如下：
步骤一、由于桥梁受载荷作用，每台CCD相机获得桥梁挠度变形后的靶标图像；
步骤二、假设t0时刻的参考子区中心的靶标图像坐标为(x0,y0)；ti时刻桥梁发生变形，变形后的靶标图像的变形子区中心的坐标为(xi,yi)；
步骤三、通过数字图像相关方法计算变形时刻ti的变形子区的中心坐标(xi,yi)，选择的相关系数为零均值归一化互相关系数CZNCC，如式(1)所示：
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<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，f(u,v)为参考子区中点(u,v)位置处的灰度值，参考子区大小为(2M+1)×(2M+1)；g(u',v')为在变形子区中与点(u,v)对应的点(u',v')的灰度值；为参考子区中各点f(u,v)的灰度平均值；为变形子区中各点g(u',v')的灰度平均值；
步骤四、选择的亚像素搜索方法为二次曲面拟合方法；设相关系数矩阵CZNCC中绝对值最大的元素的位置为Q(x0,y0)，由Q及其周围的8个整像素点共9个像素点形成局部二次曲面，二次曲面方程如式(2)所示：
Φ(x,y)＝ax2+by2+cxy+dx+ey+f (2)
a、b、c、d、e和f为拟合多项式的系数；
步骤五、通过9个像素点的位置以及9个像素点对应位置处的相关系数值，拟合出式(2)中的未知系数a～f，从而计算出曲面极值点的坐标即为变形子区中心坐标在变形图像上的位置(xi,yi)；
步骤六、ti时刻变形子区中心坐标(xi,yi)与初始时刻参考子区中心坐标(x0,y0)的差值，即为ti时刻桥梁测点处的水平和垂直位移(Δx，Δy)，如式(3)所示：
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<mfenced open = "{" close = "">
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<mn>3</mn>
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</mrow>
</mrow>
其中，Δx为ti时刻桥梁测点处的水平位移，Δy为ti时刻桥梁测点处的垂直位移，即桥梁挠度数值。
2.根据权利要求1所述一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法，其特征在于：基于CCD的多通道桥梁挠度监测装置的安装过程为：
(1)、将每个靶标安装在被监测桥梁结构需要监测挠度的位置处；所述靶标上涂黑底白斑，圆形白斑位于靶标中心；
(2)、将光学镜头与CCD传感器相连，并将CCD相机安装在相机支架上；将射灯安装在射灯支架上；
其中，安装的CCD相机型号性能相同，并且CCD相机都具有较高图像分辨率；光学镜头尺寸与CCD传感器尺寸必须匹配，接口类型匹配；较高图像分辨率为百万像素以上；
(3)、将带支架的CCD相机和带支架的射灯固定在桥墩；或者将带支架的CCD相机安装固定在桥墩的盖梁上；其中，CCD相机具有自动增益控制和背景光自动补偿功能；CCD相机数目决定于桥梁挠度测点数目；
(4)、将CCD相机与电源连接后，通过导线将CCD相机与电脑相连；将时控开关与射灯相连，并将时控开关接通电源；
(5)、打开CCD相机，调整CCD相机的角度和焦距，使靶标位于视场中央且图像清晰，然后将CCD相机固定；打开射灯，并调整射灯的角度来对准靶标；调整完成后，将射灯固定；
(6)、每台CCD相机通过导线连接到多通道图像采集卡上，多通道图像采集卡安装在计算机上，运行计算机中的基于CCD的多通道桥梁挠度监测系统控制CCD的多通道桥梁挠度监测装置实现桥梁挠度测点处的靶标图像采集及桥梁挠度监测。
3.根据权利要求2所述一种基于CCD的多通道桥梁挠度监测方法，其特征在于：步骤(6)中多通道图像采集卡采用模拟采集卡或数字采集卡，接口类型为IEEE1394、千兆网卡或USB接口。
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