CN106225708A - 一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，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LED靶标(6)、与单色光源波长对应的窄带通滤波片(7)、计算机(8)；在被测试点上安装单色光LED靶标，利用镜头上装有窄带通滤波片的视频挠度仪实时记录LED靶标的视频图像，通过基于图像灰度相关匹配或特征点提取的图像跟踪算法可实时获得待测点的挠度数据。该系统对环境光变化不敏感，白天或夜晚都可实现位移或挠度的高精度测量，且可以同时计算一幅图像中的多个目标位置，实现远距离、多个被测点位移或挠度的实时动态测量。

Description

一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统

技术领域

本发明涉及桥梁等大型工程结构的检测及监测技术领域，尤其涉及一种对环境光不敏感的桥梁挠度多点实时视频测量方法。

背景技术

挠度是评价桥梁安全性的重要指标，直接反映桥梁结构形变是否达到危险范围。常用的挠度测量方法有百分表、水准仪、经纬仪等，已广泛用于桥梁施工现场检测及验收鉴定中，但这些廉价、结构简单的测量方法只适用于桥梁短期、人工测量，存在费时费力、使用不便、不能实现实时测量等不足。因此，一些新型的挠度测量仪器和方法，如，雷达干涉仪、测量机器人、倾角仪、G P S、激光图像法、光电成像法等逐渐应用于大型桥梁结构挠度监测中，相对于传统测量方法，这些新的测量方法都各有一些优势。

在这些新型的挠度测量方法中，实际应用时也存在着这样那样的问题，如，需将仪器架设在与被测桥梁绝对垂直的位置、或在被测位置安装棱镜或者贴反光膜等、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、环境光或天气因素严重影响测量结果等。

发明内容

为了解决现有技术存在的对环境光敏感、无法进行高精度远距离实时测量的问题，本发明提出了一种基于斜光轴数字图像相关方法的对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，屏蔽了环境光对测量结果的影响，实现了高精度、远距离、实时、多点同步测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统包括视频挠度仪、测距机、三角架、高亮度单色光LED靶标、窄带通滤波片、计算机；视频挠度仪用于实时采集包括被测点信息的清晰图像，并将采集的图像传到计算机；测距机用于测量各被测点到视频挠度仪中相机靶面的距离；三脚架用于支撑视频挠度仪，同时还能够对视频挠度仪的高度进行粗调；单色光LED靶标用于安装到被测点上，使被测点图像信息丰富、特征鲜明。窄带通滤波片用于屏蔽所对应单色光波长之外的环境光。计算机用于处理从黑白工业相机采集到的图像数据，并从图像数据计算得各被测点的位移或挠度数据，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、工业定焦镜头。

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图像灰度相关匹配或特征点提取的图像跟踪算法。

一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统：

1)在桥面的一个或几个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合适的位置，使得几个被测点都能在采集图像中显示出来；

3)在视频挠度仪的工业定焦镜头前安装窄带通滤波片，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相对于地面的绝对垂直仰角，并测量相机靶标到各个被测点的距离；

5)将黑白工业相机采集的图像数据实时传输到计算机中，并实时计算出挠度结果。挠度的计算方法为选取开始时刻的一张图像作为参考图像，利用数字图像相关方法(简称DIC方法)对待测点区域的图像进行匹配，从而进行位移计算，然后使用斜光轴标定方法将图像位移转换为实际的挠度。

本发明的有益效果为:

1、采用单色光LED靶标安装在待测点表面，同时在工业定焦镜头前安装窄带通滤波片，这种在待测点表面主动成像的方法，不仅可以屏蔽掉环境光的干扰，提高采集到的图像质量，而且可以在远距离测量条件下，为待测点表面提供足够的特征信息，进而提高挠度测量精准度。

2、与传统的挠度仪相比，本发明能够在野外环境下同时测量多个被测点的挠度数据，并且现场获得数据，不需要后期数据处理。

3、与传统视频引申计相比，本发明能够实现非接触式测量，不需要在桥梁下面连接固定台或基准位置。

4、本发明中使用的斜光轴数字图像相关方法，能够对位移进行快速准确的测量，在保持高效率的同时得到更精确的挠度计算结果。

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是本发明对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统的结构示意图；

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，本发明提供了一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，该系统包括黑白工业相机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、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，可使被测点在图像中适当的位置。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，用来进行图像位移到实际位移的转换标定。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，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用于处理由黑白工业相机1采集到的图像数据，得到被测点的实时高精度挠度数据。并将时间-挠度曲线实时显示在计算机13的显示器上。

实施例一

一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，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、高亮度红光LED靶标6、与红色光源波长对应的窄带通滤波片7、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，可使被测点在图像中适当的位置。测距机4用来测量各待测点到黑白工业相机1靶标的距离，用来进行图像位移到实际位移的转换标定。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。高亮度红光LED靶标6安装在相应的被测点位置，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，滤掉除红光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用于处理由黑白工业相机1采集到的图像数据，得到被测点的实时高精度挠度数据。并将时间-挠度曲线实时显示在计算机13的显示器上。

具体操作方法如下：

1、在桥面的一个或几个被测点位置分别安装高亮度红光LED靶标；

2、将视频挠度仪架设在合适的位置，使得几个被测点都能在采集图像中显示出来；

3、在视频挠度仪的工业定焦镜头前安装窄带通滤波片，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相对于地面的绝对垂直仰角，并测量相机靶面到各个被测点的距离；

5、将黑白工业相机采集的图像数据实时传输到计算机中，并实时计算出挠度结果。挠度的计算方法为选取开始时刻的一张图像作为参考图像，利用基于图像灰度相关匹配或特征点提取的图像跟踪算法，进行位移计算，然后使用斜光轴标定方法将图像位移转换为实际的挠度。

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)

1.一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，其特征在于：该通用视频挠度测量系统包括黑白工业相机(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)，提供水平及垂直两个角度的调节，使被测点在图像中适当的位置；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，并进行图像位移到实际位移的转换标定；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，作为采集图像上供软件进行数字图像相关分析的特征；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，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)用于处理由黑白工业相机(1)采集到的图像数据，得到被测点的实时高精度挠度数据，实时显示时间-挠度曲线。

2.根据权利要求1所述的一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，其特征在于：所述的视频挠度仪(9)可实现远距离、多个被测点、实时同步测量。

3.根据权利要求2所述的一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，其特征在于：在被测点位置安装所述的单色LED靶标(6)、并在所述的工业定焦镜头(2)上安装所述的与单色光源波长对应的窄带通滤波片(7)。

4.权利要求1-3任一项所述的一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统的操作方法，具体如下：

1)在被测工程结构上的一个或几个被测点位置分别安装高亮度单色光LED靶标；

2)将视频挠度仪架设在合适的位置，使得几个被测点都能在采集图像中显示出来；

3)在视频挠度仪的工业定焦镜头前安装窄带通滤波片，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相对于地面的绝对垂直仰角，并测量相机靶面到各个被测点的距离；

5)将黑白工业相机采集的图像数据实时传输到计算机中，并实时计算出挠度结果。

5.根据权利要求4所述的一种对环境光不敏感的通用视频挠度测量系统，其特征在于：所述挠度计算方法为以图像中被测点LED靶标区域为计算子区的图像特征追踪及数字图像相关计算方法。