CN106370123A - 基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置，所述亚毫米监测装置由激光发射器、激光接收器、控制模块和处理装置组成；基于前述装置，本发明还提出了一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置的控制方法；本发明的有益技术效果是：提供了一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置及其控制方法，该装置结构简单、成本较低，适合对不具备通视条件的多监测点进行一对一的监测；该方法基于成熟的图像处理手段，运行可靠，监测结果准确。

Description

基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种形变监测技术，尤其涉及一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置及其控制方法。

背景技术

形变监测是基础设施安全监测中的重要组成部分，现有技术中，可实现连续无人监测的主要手段是测量机器人，测量机器人的监测精度较高，工作稳定，但是，测量机器人造价昂贵，难以大范围推广，尤其在较为复杂的工程环境中，经常会出现多个被监测点不具备通视条件的情况，这时只能通过增加测量机器人数量来对多个被监测点分别进行监测，这将导致运营成本成倍增长；此外，测量机器人对安装位置要求也较高，为了设置测量机器人，不可避免地需要对安装位置进行改造，尤其对于在役构件，改造工程十分麻烦。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置，其结构为：所述亚毫米监测装置由激光发射器、激光接收器、控制模块和处理装置组成；所述激光发射器通过支架设置在作为测量基准的构件上，所述激光接收器通过支架设置在被测构件上；

所述激光发射器的控制部与控制模块电气连接；

所述激光接收器由受光板和摄像头组成；所述受光板采用透明材料制作，受光板表面设置有十字标记，所述十字标记所覆盖的区域不透光；受光板设置在摄像头的镜头前方；摄像头的输出端与处理装置连接；

所述控制模块与处理装置电气连接；

初始状态时，激光发射器发出的激光束正对受光板，且所述激光束射向所述十字标记的中心。

本发明的结构简单，体积和重量都较小，十分便于安装，而且硬件成本较低，特别适合于在复杂环境下对多监测点进行分别监测，

优选地，所述激光接收器和控制模块设置在一箱体内，箱体内上与摄像头镜头对应的位置处设置有通孔，所述受光板将所述通孔覆盖。箱体可以对内部装置起到保护作用，尤其是可以避免摄像头镜头被沾污。

优选地，所述激光发射器和控制模块之间通过无线通信方式连接。

基于前述硬件方案，本发明还提出了一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置的控制方法，所述亚毫米监测装置的结构如前所述，其创新在于：所述控制方法包括：

所述控制模块能够周期性地控制激光发射器发射激光束，在激光发射器发射激光束的同时，处理装置控制摄像头对激光束所形成的光斑进行拍照；拍照操作完成后，处理装置获取到的图像数据记为初始图像；单个处理周期内，处理装置按如下步骤对图像数据进行处理：

1）将初始图像转换为灰度图像；

2）采用自适应阈值法，按设定阈值对灰度图像进行处理：灰度图像中的像素点的灰度值大于阈值时，将相应像素点的灰度值置为0；灰度图像中的像素点的灰度值小于阈值时，将相应像素点的灰度值置为255；处理完成后，获得黑白图像；

3）采用NCC模板匹配算法对黑白图像进行处理，获得十字标记的中心在黑白图像中的坐标，此坐标记为标记点坐标；

4）采用间接法对黑白图像进行几何纠正，将黑白图像转换为正摄影图像；

5）采用边缘检测算法对正摄影图像进行处理，获得激光光斑的中心在正摄影图像中的坐标，此坐标记为光斑坐标；

6）计算标记点坐标和光斑坐标之间的距离数据，然后将计算得到的距离数据与一警戒值进行比较：若距离数据大于警戒值，则在记录距离数据的同时发出报警信息；若距离数据小于警戒值，则仅记录距离数据。

前述方法的原理即通过判断光斑位移量的大小来实现安全监测；图像数据处理时所涉及的各个步骤，单独的来看，他们均是现有技术中常用的图像处理手段，而且本发明的创新点也不在于具体的图像处理手段，故本文未对其具体处理细节进行展开介绍，本领域技术人员在理解单个的处理步骤时，应以现有技术来理解其具体处理方式；前述方法的创新点在于，将多种常见图像处理手段有机的结合在一起，通过图像处理最终获得标记点坐标和光斑坐标，并进而计算出距离数据，根据距离数据与警戒值的大小来实现安全预警，该方法的处理步骤全部基于现有技术中成熟的图像处理手段，实现简单，监测结果准确可靠，结合本发明的硬件，可以以低成本的方式，对多个监测点进行单独监测。

本发明的有益技术效果是：提供了一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置及其控制方法，该装置结构简单、成本较低，适合对不具备通视条件的多监测点进行一对一的监测；该方法基于成熟的图像处理手段，运行可靠，监测结果准确。

附图说明

图1、本发明的电气原理示意图；

图2、激光接收器断面示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：激光发射器1、激光接收器2、受光板2-1、摄像头2-2、控制模块3、处理装置4。

具体实施方式

一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置，其创新在于：所述亚毫米监测装置由激光发射器1、激光接收器2、控制模块3和处理装置4组成；所述激光发射器1通过支架设置在作为测量基准的构件上，所述激光接收器2通过支架设置在被测构件上；

所述激光发射器1的控制部与控制模块3电气连接；

所述激光接收器2由受光板2-1和摄像头2-2组成；所述受光板2-1采用透明材料制作，受光板2-1表面设置有十字标记，所述十字标记所覆盖的区域不透光；受光板2-1设置在摄像头2-2的镜头前方；摄像头2-2的输出端与处理装置4连接；

所述控制模块3与处理装置4电气连接；

初始状态时，激光发射器1发出的激光束正对受光板2-1，且所述激光束射向所述十字标记的中心。

进一步地，所述激光接收器2和控制模块3设置在一箱体内5，箱体内5上与摄像头2-2镜头对应的位置处设置有通孔，所述受光板2-1将所述通孔覆盖。

进一步地，所述激光发射器1和控制模块3之间通过无线通信方式连接。

一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置的控制方法，所述亚毫米监测装置由激光发射器1、激光接收器2、控制模块3和处理装置4组成；所述激光发射器1通过支架设置在作为测量基准的构件上，所述激光接收器2通过支架设置在被测构件上；所述激光发射器1的控制部与控制模块3电气连接；所述激光接收器2由受光板2-1和摄像头2-2组成；所述受光板2-1采用透明材料制作，受光板2-1表面设置有十字标记，所述十字标记所覆盖的区域不透光；受光板2-1设置在摄像头2-2的镜头前方；摄像头2-2的输出端与处理装置4连接；所述控制模块3与处理装置4电气连接；初始状态时，激光发射器1发出的激光束正对受光板2-1，且所述激光束射向所述十字标记的中心；其创新在于：所述控制方法包括：

所述控制模块3能够周期性地控制激光发射器1发射激光束，在激光发射器1发射激光束的同时，处理装置4控制摄像头2-2对激光束所形成的光斑进行拍照；拍照操作完成后，处理装置4获取到的图像数据记为初始图像；单个处理周期内，处理装置4按如下步骤对图像数据进行处理：

1）将初始图像转换为灰度图像；

2）采用自适应阈值法，按设定阈值对灰度图像进行处理：灰度图像中的像素点的灰度值大于阈值时，将相应像素点的灰度值置为0；灰度图像中的像素点的灰度值小于阈值时，将相应像素点的灰度值置为255；处理完成后，获得黑白图像；

3）采用NCC模板匹配算法对黑白图像进行处理，获得十字标记的中心在黑白图像中的坐标，此坐标记为标记点坐标；

4）采用间接法对黑白图像进行几何纠正，将黑白图像转换为正摄影图像；

5）采用边缘检测算法对正摄影图像进行处理，获得激光光斑的中心在正摄影图像中的坐标，此坐标记为光斑坐标；

6）计算标记点坐标和光斑坐标之间的距离数据，然后将计算得到的距离数据与一警戒值进行比较：若距离数据大于警戒值，则在记录距离数据的同时发出报警信息；若距离数据小于警戒值，则仅记录距离数据。

Claims (4)

1.一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置，其特征在于：所述亚毫米监测装置由激光发射器（1）、激光接收器（2）、控制模块（3）和处理装置（4）组成；所述激光发射器（1）通过支架设置在作为测量基准的构件上，所述激光接收器（2）通过支架设置在被测构件上；

所述激光发射器（1）的控制部与控制模块（3）电气连接；

所述激光接收器（2）由受光板（2-1）和摄像头（2-2）组成；所述受光板（2-1）采用透明材料制作，受光板（2-1）表面设置有十字标记，所述十字标记所覆盖的区域不透光；受光板（2-1）设置在摄像头（2-2）的镜头前方；摄像头（2-2）的输出端与处理装置（4）连接；

所述控制模块（3）与处理装置（4）电气连接；

初始状态时，激光发射器（1）发出的激光束正对受光板（2-1），且所述激光束射向所述十字标记的中心。

2.根据权利要求1所述的基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置，其特征在于：所述激光接收器（2）和控制模块（3）设置在一箱体内（5），箱体内（5）上与摄像头（2-2）镜头对应的位置处设置有通孔，所述受光板（2-1）将所述通孔覆盖。

3.根据权利要求1所述的基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置，其特征在于：所述激光发射器（1）和控制模块（3）之间通过无线通信方式连接。

4.一种基于激光光斑漂移的亚毫米监测装置的控制方法，所述亚毫米监测装置由激光发射器（1）、激光接收器（2）、控制模块（3）和处理装置（4）组成；所述激光发射器（1）通过支架设置在作为测量基准的构件上，所述激光接收器（2）通过支架设置在被测构件上；所述激光发射器（1）的控制部与控制模块（3）电气连接；所述激光接收器（2）由受光板（2-1）和摄像头（2-2）组成；所述受光板（2-1）采用透明材料制作，受光板（2-1）表面设置有十字标记，所述十字标记所覆盖的区域不透光；受光板（2-1）设置在摄像头（2-2）的镜头前方；摄像头（2-2）的输出端与处理装置（4）连接；所述控制模块（3）与处理装置（4）电气连接；初始状态时，激光发射器（1）发出的激光束正对受光板（2-1），且所述激光束射向所述十字标记的中心；其特征在于：所述控制方法包括：

所述控制模块（3）能够周期性地控制激光发射器（1）发射激光束，在激光发射器（1）发射激光束的同时，处理装置（4）控制摄像头（2-2）对激光束所形成的光斑进行拍照；拍照操作完成后，处理装置（4）获取到的图像数据记为初始图像；单个处理周期内，处理装置（4）按如下步骤对图像数据进行处理：

1）将初始图像转换为灰度图像；

2）采用自适应阈值法，按设定阈值对灰度图像进行处理：灰度图像中的像素点的灰度值大于阈值时，将相应像素点的灰度值置为0；灰度图像中的像素点的灰度值小于阈值时，将相应像素点的灰度值置为255；处理完成后，获得黑白图像；

3）采用NCC模板匹配算法对黑白图像进行处理，获得十字标记的中心在黑白图像中的坐标，此坐标记为标记点坐标；

4）采用间接法对黑白图像进行几何纠正，将黑白图像转换为正摄影图像；

5）采用边缘检测算法对正摄影图像进行处理，获得激光光斑的中心在正摄影图像中的坐标，此坐标记为光斑坐标；

6）计算标记点坐标和光斑坐标之间的距离数据，然后将计算得到的距离数据与一警戒值进行比较：若距离数据大于警戒值，则在记录距离数据的同时发出报警信息；若距离数据小于警戒值，则仅记录距离数据。