CN109458991A - 一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法 - Google Patents

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    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G01C11/30—Interpretation of pictures by triangulation
    • G01C11/32—Radial triangulation

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，涉及一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法。步骤如下：在结构的监测点处固定一组共两个激光发射器；在距离监测点两个不同距离处分别固定一个投射屏幕；打开监测点处的激光发射器，让两个激光发射器的光斑分别照射在两个投射屏幕上；在两个投射屏幕前分别固定一个摄像头，通过摄像头分别获得两个激光发射器的光斑的实时图像；利用灰度化和二值化处理所获得的图像，计算出两个屏幕上光斑的实时坐标；最后根据两个光斑的坐标，以及两个投射屏幕距监测点的距离，通过公式计算出监测点的位移和转角。本发明可以有效地解决工程结构位移和转角的监测问题，并且具有较高的精度。

Description

一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法
技术领域
本发明属于土木工程结构健康监测领域，涉及一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法。更确切的说，本发明涉及一种能够在工程结构的施工过程中，通过激光和机器视觉技术，根据监测点处激光发射器光斑的位置变化计算得到结构产生的位移和转角。
背景技术
随着经济的不断发展，基础设施的建设不断增长，各种工程结构的规模和建设速度也在不断提高。在大型工程结构的施工过程中，为了能准确掌握结构是否处于安全状态，常需要对结构进行监测，以掌握结构的位移及转角等参数，工程人员据此来判断结构所处的状态。目前，在工程中，现场监测人员通常使用全站仪或经纬仪来对结构进行监测。
但是这种监测方法也存在一些缺陷，首先，这些仪器操作起来都比较复杂，需要专业人员才能正确操作；其次，这些仪器的造价比较高昂，会大大增加结构的监测成本；更重要的是，由于结构的测点处可能同时存在位移和转角，上述仪器都不能成功将结构的位移和转角的影响区分开，可能对结构的参数获取造成影响，不利于工程人员对结构的安全状态进行判断。
目前，激光技术和机器视觉技术已经发展的比较成熟，现有的激光发射器已经可以实现照射几十米远的距离而光斑形状不发生明显的畸变，而利用机器视觉技术已经可以成功识别摄像头前物体的亚毫米级别的位移。所以，基于机器视觉技术的结构位移和转角的监测方法完全可以满足工程上的精度要求。此外，这种方法可以大大降低工程的监测成本，并且通过进一步的公式计算，可以将结构的位移和转角成功分离，准确获得结构的位移和转角信息，有助于工程人员对结构所处状态进行评估。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，通过在结构的监测点处设置一组共两个激光发射器来指示结构的几何变化，在基准点处设置双屏幕接收光斑，通过摄像头获取两个激光发射器的光斑图像，通过计算机对所获得的图像进行分析计算得到光斑的位移，最后通过公式推导，得到结构的位移和转角等信息。
本发明的技术方案：
一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，包括如下步骤：
步骤1、在结构的监测点处用支架固定两个激光发射器；
步骤2、在距离监测点两个不同距离处分别固定一个投射屏幕；
步骤3、打开监测点处的激光发射器，让两个激光发射器的光斑分别照射在两个投射屏幕上；
步骤4、在两个投射屏幕前分别固定一个摄像头，通过摄像头分别获得两个激光发射器在投射屏幕上的光斑的实时图像；
步骤5、对步骤4中获得的光斑的实时图像进行灰度化和二值化处理，计算出两个投射屏幕上光斑的实时坐标；
步骤6、根据两个光斑的坐标，以及两个投射屏幕距监测点的距离，通过公式计算出监测点的位移和转角。
进一步的，步骤1中用支架将两个激光发射器固定住，且照射方向相同，两个激光器之间的距离根据现场实际情况进行调节。
进一步的，步骤2中的投射屏幕为黑色，投射屏幕上固定一个尺寸已知的白色圆片，两个投射屏幕在相同方向，距激光发射器的距离通过现场测得。白色圆片的直径为20mm。
进一步的，步骤5中图像处理是指：
首先通过灰度化处理将步骤4中所获得的彩色图片处理成灰度图，然后再根据现场实际的光照条件，逐渐增加阈值的大小，直到黑白图像中光斑和圆片的边界都比较圆滑为止，将图片处理成仅有黑白两色，然后计算光斑的像素坐标，最后通过像素尺寸与真实尺寸的比例得到光斑的真实坐标。
进一步的，步骤6中公式是指：
结构的转角公式为：
式中，d1、d2分别为两个投射屏幕上光斑的位移，l1和l2分别是激光发射器距两个投射屏幕的距离，θ为结构在监测过程中产生的转角；
结构在监测过程中的位移所公式为：
D＝d2-l2×tanθ
式中，d2为距离激光发射器较远处的投射屏幕上光斑的位移，l2为激光发射器距较远处投射屏幕的距离，θ为结构在监测过程中产生的转角，D为结构在监测过程中产生的位移。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过在结构的监测点处设置两个激光发射器，利用摄像头分别获取这两个激光发射器光斑的实时图像，通过利用灰度化和二值化对所获得图像进行处理，得到光斑的坐标信息，最后利用所推导公式计算出出结构在监测过程中位移和转角的变化。本发明是一种操作简便、价格低廉且精度较高的结构位移和转角监测方法，可以有效地解决现有结构监测方法无法将位移和转角分离的问题，并且大大降低了工程监测的成本。
附图说明
图1为本发明所述监测方法的步骤流程图；
图2为本发明所述位移和转角计算原理图；
图3为本发明所述监测方法示意图。
图中：1激光器c；2投射屏幕a；3投射屏幕b；4投射屏幕a上光斑位移；5投射屏幕b上的光斑位移；6激光器距投射屏幕a的距离；7激光器距投射屏幕b的距离；8激光器的转角；9激光器的位移；10激光器a；11激光器b；12摄像头a；13摄像头b；14计算机。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，步骤流程如图1所示。
该监测方法所用的设备以及连接关系如图3所示，进一步说明本发明的方法，具体步骤如下：
步骤1、用支架将激光器a10和激光器b11固定在一起，固定时，要保证两个激光发射器的指示方向一致，然后将这组激光发射器固定在待监测位置；
步骤2、选定两个基准点，并在基准点的位置上分别固定投射屏幕a2和投射屏幕b3，基准点要保证稳定，不能产生位移或转动，在监测点的同方向并且距离激光器的距离应不同；
步骤3、打开两个激光器a10和激光器b11，调整激光器的支架，将两个激光器的光斑分别投射到所设置的投射屏幕a2和投射屏幕b3上；
步骤4、在投射屏幕a2和投射屏幕b3前分别固定摄像头a12和摄像头b13，调整两个摄像头的位置，使光斑位于其视野内，调整好位置后将摄像头固定，同样要求在监测过程中摄像头应保持不动。
步骤5、将两个摄像头与计算机14相连，在监测过程在，通过计算机14上的程序控制两个摄像头，以1Hz的频率采集屏幕上的光斑的图像，并且将所采集的图像先经过灰度化和二值化处理，形成黑白图像，然后计算图像中光斑的坐标，通过监测过程中光斑坐标的变化得到光斑的位移。
步骤6、得到两个投射屏幕上光斑的位移后，使用激光测距仪分别准确地测量激光器与两个投射屏幕之间的距离，然后通过公式计算得到监测点处激光器实际的位移和转角。
进一步的，步骤6中公式计算是指：
结构的转角公式为：
式中，d1、d2分别为两个投射屏幕上光斑的位移，l1和l2分别是激光发射器距两个投射屏幕的距离，θ为结构在监测过程中产生的转角；
其次，结构在监测过程中的位移所对应的公式为：
D＝d2-l2×tanθ
式中，d2为距离激光发射器较远处的投射屏幕上光斑的位移，l2为激光发射器距较远处投射屏幕的距离，θ为结构在监测过程中产生的转角，D为结构在监测过程中产生的位移。
本发明所述位移和转角计算原理如图2所示，激光器c1将光斑分别投射到所设置的投射屏幕a2和投射屏幕b3上；计算过程所涉及的参数如下：激光器距投射屏幕a的距离6、激光器距投射屏幕b的距离7、投射屏幕a上光斑位移4、投射屏幕b上的光斑位移5、激光器的转角8和激光器的位移9。
综上所述，本发明提供了一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，通过设置两个激光发射器和两个屏幕，将监测点处位移和转角对屏幕上光斑位移的影响进行区分，从而消除监测点处的转角对位移监测的影响。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在结构的监测点处用支架固定两个激光发射器；
步骤2、在距离监测点两个不同距离处分别固定一个投射屏幕；
步骤3、打开监测点处的激光发射器，让两个激光发射器的光斑分别照射在两个投射屏幕上；
步骤4、在两个投射屏幕前分别固定一个摄像头，通过摄像头分别获得两个激光发射器在投射屏幕上的光斑的实时图像；
步骤5、对步骤4中获得的光斑的实时图像进行灰度化和二值化处理，计算出两个投射屏幕上光斑的实时坐标；
步骤6、根据两个光斑的坐标，以及两个投射屏幕距监测点的距离，通过公式计算出监测点的位移和转角。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的步骤6中公式是指：
结构的转角公式为：
式中，d1、d2分别为两个投射屏幕上光斑的位移，l1和l2分别是激光发射器距两个投射屏幕的距离，θ为结构在监测过程中产生的转角；
结构在监测过程中的位移所公式为：
D＝d2-l2×tanθ
式中，d2为距离激光发射器远处的投射屏幕上光斑的位移，l2为激光发射器距远处投射屏幕的距离，θ为结构在监测过程中产生的转角，D为结构在监测过程中产生的位移。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的步骤5中图像处理是指：
首先通过灰度化处理将步骤4中所获得的彩色图片处理成灰度图，然后再根据现场实际的光照条件，逐渐增加阈值的大小，直到黑白图像中光斑和圆片的边界圆滑为止，将图片处理成仅有黑白两色，然后计算光斑的像素坐标，最后通过像素尺寸与真实尺寸的比例得到光斑的真实坐标。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的步骤1中用支架将两个激光发射器固定住，且照射方向相同，两个激光器之间的距离根据现场实际情况进行调节。
5.根据权利要求3所示的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的步骤1中用支架将两个激光发射器固定住，且照射方向相同，两个激光器之间的距离应根据现场实际情况进行调节。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的步骤2中的投射屏幕为黑色，投射屏幕上固定一个尺寸已知的白色圆片，两个投射屏幕在相同方向，距激光发射器的距离通过现场测得。
7.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的步骤2中的投射屏幕为黑色，投射屏幕上固定一个尺寸已知的白色圆片，两个投射屏幕在相同方向，距激光发射器的距离通过现场测得。
8.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的步骤2中的投射屏幕为黑色，投射屏幕上固定一个尺寸已知的白色圆片，两个投射屏幕在相同方向，距激光发射器的距离通过现场测得。
9.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的白色圆片的直径为20mm。
10.根据权利要求7或8所述的一种基于机器视觉的结构位移和转角的监测方法，其特征在于，所述的白色圆片的直径为20mm。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110243311A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 上海工程技术大学 一种基于视觉的高精度动态转角测量系统及方法
CN110961591A (zh) * 2019-12-13 2020-04-07 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 钢包回转台高精度定位装置
CN111653060A (zh) * 2020-05-14 2020-09-11 深圳市地质环境研究院有限公司 一种地质灾害检测方法及装置
CN112857212A (zh) * 2020-12-30 2021-05-28 张东昱 一种大型结构多点位移和转动响应同步监测系统及其数据分析方法
CN112923902A (zh) * 2021-01-27 2021-06-08 中国地震局第一监测中心 地壳断层三维形变自动监测系统和监测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101498588A (zh) * 2009-02-27 2009-08-05 北京空间机电研究所 航天三线阵ccd相机镜头间6自由度变化在轨监测方法
CN101635057A (zh) * 2009-08-04 2010-01-27 北京交通大学 基于图像传感器网络的目标跟踪方法
CN101676686A (zh) * 2008-09-18 2010-03-24 德尔菲技术公司 确定布置在车辆中的照相机的位置和取向的方法
CN102692214A (zh) * 2012-06-11 2012-09-26 北京航空航天大学 一种狭窄空间双目视觉测量定位装置及方法
CN102967263A (zh) * 2012-12-03 2013-03-13 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 一种桥梁挠度-转角一体化测量方法
CN106546263A (zh) * 2016-10-12 2017-03-29 上海大学 一种基于机器视觉的激光水平仪出射激光线检测方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101676686A (zh) * 2008-09-18 2010-03-24 德尔菲技术公司 确定布置在车辆中的照相机的位置和取向的方法
CN101498588A (zh) * 2009-02-27 2009-08-05 北京空间机电研究所 航天三线阵ccd相机镜头间6自由度变化在轨监测方法
CN101635057A (zh) * 2009-08-04 2010-01-27 北京交通大学 基于图像传感器网络的目标跟踪方法
CN102692214A (zh) * 2012-06-11 2012-09-26 北京航空航天大学 一种狭窄空间双目视觉测量定位装置及方法
CN102967263A (zh) * 2012-12-03 2013-03-13 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 一种桥梁挠度-转角一体化测量方法
CN106546263A (zh) * 2016-10-12 2017-03-29 上海大学 一种基于机器视觉的激光水平仪出射激光线检测方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110243311A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 上海工程技术大学 一种基于视觉的高精度动态转角测量系统及方法
CN110961591A (zh) * 2019-12-13 2020-04-07 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 钢包回转台高精度定位装置
CN110961591B (zh) * 2019-12-13 2021-07-06 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 钢包回转台高精度定位装置
CN111653060A (zh) * 2020-05-14 2020-09-11 深圳市地质环境研究院有限公司 一种地质灾害检测方法及装置
CN112857212A (zh) * 2020-12-30 2021-05-28 张东昱 一种大型结构多点位移和转动响应同步监测系统及其数据分析方法
CN112923902A (zh) * 2021-01-27 2021-06-08 中国地震局第一监测中心 地壳断层三维形变自动监测系统和监测方法

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