CN111462040A - 基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置和方法 - Google Patents

基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置和方法 Download PDF

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CN111462040A CN202010133561.4A CN202010133561A CN111462040A CN 111462040 A CN111462040 A CN 111462040A CN 202010133561 A CN202010133561 A CN 202010133561A CN 111462040 A CN111462040 A CN 111462040A
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李天聪
桂一恒
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Abstract

本发明公开了一种基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置，包括第一卡尺、第二卡尺和照相机，第一卡尺和第二卡尺均水平设置于墙面上并存在相互叠交，其相对的外侧端使用螺钉固定于墙上，其相对的内侧端交互交叠；相机位于墙体外侧，能够对第一卡尺和第二卡尺进行拍摄。也公开了该装置测量方法，利用相机拍摄两个相交叠的卡尺，通过卡尺表面面积的变化，计算裂缝的宽度变化。首先通过分析裂缝发生变化时，实际的卡尺的变化，找到裂缝的变化引起的卡尺的变化之间的映射关系，然后利用图像处理的手段测量变化的大小，进而实现自动的裂缝变化监测过程。本发明节约人工成本，实时自动监测，保证数据的正确性。

Description

基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置和方法
技术领域
本发明涉及基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置和方法，属于图像处理技术领域。
背景技术
图像处理在在进年来应用广泛，且各种技术手段成熟。通过同态滤波、直方图均衡化、中值滤波、均值滤波、去模糊、二值形态学等基本的图像处理方法，可以精确得到图像中标记的面积，这为本发明的实现提供了理论可行性。我国经济的迅速发展，基础设施的建设逐渐完善，随之而来的就是大量的混凝土建筑的结构健康监测问题。裂缝作为结构健康的一个显著的特征，对于建筑结构裂缝的监测是必要的。但是裂缝发生时间随机，大量存在于混凝土的表面，监测需要消耗大量的人工成本，本发明的自动化监测过程，可以很好的节约人工成本，可以为建筑结构健康监测系统提供支持。
裂缝的发生时间较为随机，又由于其特定的环境位置，工作人员测量不便。因此，利用图像处理技术，对裂缝的发生进行远程监控。即可带来监测的便利性，也能保证其精确性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置，包括第一卡尺、第二卡尺和照相机，所述第一卡尺和第二卡尺位于同一水平线上，其相对的外侧端固定于墙上；第一卡尺和第二卡尺的正面设有相机，能够对第一卡尺和第二卡尺进行拍摄。
公开了基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量方法，包括如下步骤：
步骤1：将两个卡尺分别设置于墙的同一水平线上，其相对的部分交叠；
步骤2：拍摄初始照片，获取初始时刻第一卡尺和第二卡尺交叠面积与第二卡尺面积的比值P；产生裂缝，再次拍摄照片，获取该时刻第一卡尺与第二卡尺交叠面积与第二卡尺面积的比值P’；获取该时刻边缘线长的比例Pl；
步骤3：通过步骤2中的数据的映射关系得到裂缝实际变化，获得裂缝变化参数：Δx1和Δθ，其中Δx1为平动位移，Δθ为转动角度。
当裂缝使得第一卡尺和第二卡尺之间仅发生平动时，转动角度为零，
Figure BDA0002396504340000011
其中y1第一卡尺的宽度；ΔS＝(P-P′)S2，S2为第二卡尺的总面积；P和P’在步骤2中已经获得。
当裂缝使得第一卡尺和第二卡尺之间同时有平动和转角的情况，
Figure BDA0002396504340000021
Figure BDA0002396504340000022
其中ΔS＝(P-P＇)S2，y1第一卡尺的宽度，l＝Ply2，y2为实际第二卡尺的宽度。
本发明的有益效果是：
传统的传感器测量仪器，不仅价格昂贵，而且需要人工测量，无法实现实时监测，对于裂缝的开展过程不能做到很好的记录，而非传感器的测量仪器，往往又需要人工读数，受到主观因素的影响测量精度难以得到保证。利用相机拍摄两个相交叠的卡尺，通过卡尺表面面积的变化，计算裂缝的宽度变化。首先通过分析裂缝发生变化时，实际的卡尺的变化，找到裂缝的变化引起的卡尺的变化之间的映射关系，然后利用图像处理的手段测量变化的大小，进而实现自动的裂缝变化监测过程。本发明通过图像处理技术代替人工读数的过程，实现自动监测的同时，还可以保证足够的精度，而且造价相比于精密的传感器仪器会低很多。
附图说明
图1是本发明的正视结构示意图，
图2是本发明的俯视结构示意图，
图3是本发明的仅发生平动裂缝的结构示意图，
图4是本发明的发生转动裂缝的结构示意图，
图5是本发明的发生转动裂缝的原理分析图。
附图标记：1—第一卡尺，2—第二卡尺，3—相机，4-铆钉，5-拍摄范围，6-裂缝，7-外壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本利用图像处理的手段测量裂缝宽度变化的装置，由外壳、第一卡尺1和第二第二卡尺2以及相机3组成。在墙面的安装位置如图1所示，装置剖面如图2所示。所述第一卡尺1和第二卡尺2均水平设置于墙面上并存在相互叠交，其相对的外侧端使用螺钉4固定于墙上，其相对的内侧端交互交叠；所述相机位于墙体外侧，本实施例中使用外壳7固定相机，所述外壳7固定在墙体上，第一卡尺1和第二卡尺2分别从其侧边伸出，相机能够对第一卡尺1和第二卡尺2的进行拍摄，拍摄面积5如图1所示。
本发明的主要原理是：利用相机拍摄两个想交叠的卡尺，通过卡尺表面面积的变化，计算裂缝的宽度变化。首先通过分析裂缝发生变化时，实际的卡尺的变化，找到裂缝的变化引起的卡尺的变化之间的映射关系，然后利用图像处理的手段测量变化的大小，进而实现自动的裂缝变化监测过程。
1.实际的卡尺的变化过程
下面将分析分为两个部分，只考虑裂缝两侧墙体发生水平方向的平动，和同时发生水平方向的平动和两侧墙体的相对转动。
第一卡尺、第二卡尺的宽度(y1、y2)以及第二卡尺的面积S2为已知量。
在裂缝只发生宽度方向上的开裂时，第一卡尺发生如图3所示的变化，即第一卡尺向外平动。这时第一卡尺的和第二卡尺重叠部分的面积发生变化，变化的面积为ΔS(图3中黄色部分)，第一卡尺的宽度为y1，由此可以确定裂缝的开裂位移Δx为：
Figure BDA0002396504340000031
同时考虑裂缝在宽度方向上的开裂和裂缝两侧墙体的相对转动，第一卡尺发生如图4所示的变化，即第一卡尺向外平动同时第一卡尺相对第二卡尺发生转动。这时变化的面积ΔS为梯形，可以分解为一个长方形面积和一个三角形面积如图4所示，分别表示由平动和转动引起的面积变化，由此可以分别确定平动位移Δx1和转动角度Δθ：
Figure BDA0002396504340000032
Δx2＝lsinΔθ+Δx1
Figure BDA0002396504340000033
由上述的三个方程，可以解出：
Figure BDA0002396504340000034
Figure BDA0002396504340000035
因此，在裂缝只发生宽度方向上的开裂时，
Figure BDA0002396504340000041
需要计算ΔS，计算过程如下：图片中第二卡尺的总面积为S2(包括第一卡尺覆盖的部分)，第一卡尺与第二卡尺交叠的面积为S1如图3阴影部分所示。则图片中这两个面积的比例
Figure BDA0002396504340000042
与实际卡尺的面积比例基本一致。
当第一卡尺的位置发生如图3所示变化时，面积比例
Figure BDA0002396504340000043
由此可以确定变化的面积ΔS＝(P-P′)S2，此时S2为第二卡尺的实际面积，则得到的ΔS也是实际的面积变化。
在＝在考虑同时有平动和转角的情况如图4所示变化时，需要计算：
Figure BDA0002396504340000044
Figure BDA0002396504340000045
还需要引入一个第一卡尺的边缘线长l如图5所示，在图片中通过第一卡尺和第二卡尺的线长比来映射到实际的线长变化。即
Figure BDA0002396504340000046
lp为图片中第一卡尺的边线长度，
Figure BDA0002396504340000047
为图片中第二卡尺的宽度，由此可确定l＝Ply2，此时y2为实际第二卡尺的宽度，则得到的l也是实际的第一卡尺的边线长度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置，其特征在于：包括第一卡尺(1)、第二卡尺(2)和照相机，所述第一卡尺(1)和第二卡尺(2)均水平设置于墙面上并存在相互叠交，其相对的外侧端使用螺钉固定于墙上，其相对的内侧端交互交叠；所述相机位于墙体外侧，能够对第一卡尺(1)和第二卡尺(2)进行拍摄。
2.一种基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量方法，其特征在于：包括
步骤1：将两个卡尺分别设置于墙的同一水平线上，并使其部分交叠；
步骤2：拍摄初始照片，获取初始时刻第一卡尺(1)和第二卡尺(2)交叠面积与第二卡尺(2)面积的比值P；产生裂缝，再次拍摄照片，获取该时刻第一卡尺(1)与第二卡尺(2)交叠面积与第二卡尺(2)面积的比值P′；获取该时刻第一卡尺(1)和第二卡尺(2)的边缘线长的比例Pl；
步骤3：通过步骤2中获得的的数据P和P’的映射关系得到裂缝实际变化，获得裂缝变化参数：Δx1和Δθ，其中Δx1为平动位移，Δθ为转动角度。
3.根据权利要求2所述基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量方法，其特征在于：当裂缝使得第一卡尺(1)和第二卡尺(2)之间仅发生平动时，转动角度为零，
Figure FDA0002396504330000011
其中y1第一卡尺(1)的宽度；ΔS＝(P-P′)S2，S2为第二卡尺(2)的实际总面积；P和P′在步骤2中已经获得。
4.根据权利要求2所述的基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量方法，其特征在于：当裂缝使得第一卡尺(1)和第二卡尺(2)之间同时有平动和转角的情况，
Figure FDA0002396504330000012
其中ΔS＝(P-P′)S2，y1第一卡尺(1)的实际宽度，l＝Ply2，l为第一卡尺的实际边缘线长，y2为实际第二卡尺(2)的宽度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113607052A (zh) * 2021-08-09 2021-11-05 中铁北京工程局集团有限公司 一种市政桥梁工程的桥梁裂缝测量装置及方法
CN114693679A (zh) * 2022-05-31 2022-07-01 江苏中天科技股份有限公司 纠偏方法、装置和设备

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