CN111707197A - 一种基于图像处理技术的裂缝宽度变化测量装置 - Google Patents
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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，包括定位块、第一卡尺、第二卡尺、O型圈、弹簧和照相机，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，装置外壳外侧端使用螺钉固定于墙上，其相对的内侧端交互交叠；相机位于装置内部、卡尺交叠部分上端，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，利用相机拍摄第二卡尺，通过卡尺表面方块个数的变化，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
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物体，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，包括定位块、第一卡尺、橡胶塞、弹簧、照相机，第二卡尺和O型圈，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位移计装置内部；第一卡尺和第二卡尺交叠部位的上部设有相机，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，获取初始时刻第二卡尺露出的方块个数所对应的刻度P；裂缝扩展，再次拍摄照片，获取该时刻第一卡尺移动后，第二卡尺露出的方块个数所对应的刻度P1；
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：平动位移
。
当裂缝使得第一卡尺和第二卡尺之间发生平动时，转动角度为零，
=P1-P。P和P1在步骤2中已经获得。
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。目前市场上应用广泛的通过拍摄图像块，根据图像块形状、面积的变化推算裂缝扩展大小方法，因受人为拍摄角度、相机镜头质量的影响容易产生畸变，造成拍摄图像与实际情况有出入。利用相机拍摄两个相交叠的卡尺，通过卡尺表面方块个数的变化，计算裂缝的宽度变化，该方法可以有效消除畸变带来的影响。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是本发明的第二卡尺表面刻度示意图，
图3是本发明的相机拍摄卡尺位移平面示意图，
附图标记：1—定位块，2—第一卡尺，3—橡胶塞，4-弹簧，5-相机，6-第二卡尺，7-裂缝。
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，由定位块（1），第一卡尺（2）、橡胶塞（3），弹簧（4），照相机（5），第二卡尺（6）组成。在墙面的安装位置如图1所示，第二卡尺平面如图2所示。所述第一卡尺1和第二卡尺2均水平设置于装置内部上并存在相互叠交；所述相机位于两个卡尺交叠部分的上部，本实施例中使用外壳固定相机，所述外壳固定在墙体上，第一卡尺1从其侧边伸出，相机能够对第一卡尺1和第二卡尺2的交叠部分进行拍摄；第二卡尺拍摄面如图3所示。随着裂缝的扩展，连接方块带动第一卡尺在水平方向发生移动，为防止空气与水分侵入装置内部，在该装置出口与底部附近安装两个O型圈，达到隔绝空气与水分的效果；当从墙体上取下该装置后，弹簧4有助于第一卡尺复位。
本发明的主要原理是：利用相机拍摄两个相交叠的卡尺，通过第二卡尺表面方块个数的变化，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
随着墙体裂缝的发展，方块1位置发生变化，带动第一卡尺在水平方向移动。第二卡尺露出的方块个数n。形心坐标为已知量。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，导致第二卡尺的方块个数发生变化，由此可以确定裂缝的开裂位移为：△x1=P1-P
因此，在裂缝只发生宽度方向上的开裂时，需要统计前后两个时刻第二卡尺上方块个数的变化，计算过程如下，如图2所示，所有方块的对角线长度均为2mm,顶部的方块行（第一行）和底部的方块行（最后一行）最右面起点都为0mm，第二行的起点为1mm，第三行的起点为0.5mm,第四行的起点为0.25mm，……，第40行的起点为0.538mm；通过裂缝宽度变化后带动第二卡尺上方块个数的变化，可获取裂缝宽度变化的实际值，精度可达到10-12mm,该剖分方法可忽略相机拍摄畸变造成的影响。
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理解的其他实施方式。
Claims (3)
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：包括定位块（1），第一卡尺（2）、橡胶塞（3），弹簧（4），照相机（5），第二卡尺（6），所述第一卡尺（1）和第二卡尺（2）均水平设置于装置内部并存在相互叠交；所述相机位于卡尺交叠部位的上方，能够对第一卡尺（2）和第二卡尺（6）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：第二卡尺上由若干个方块组成，方块形心的位置无限剖分，随着裂缝宽度扩展，带动第一卡尺和第二卡尺的重叠面积发生变化，进而造成第二卡尺上显示出的方块数量变动，最后获取照相机拍摄的图像获得变化的方块数，得到裂缝（7）宽度变化的大小。
3.一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位移计内部的同一水平线上，并使其部分交叠；
步骤2：拍摄初始照片，获取初始时刻第二卡尺上方块个数，对应的刻度P;产生裂缝，再次拍摄照片，获取该时刻第二卡尺上方块个数对应的刻度P1；
步骤3：通过步骤2中获得的的数据P和P1的映射关系得到裂缝实际变化，获得裂缝变化参数
，其中
为平动位移。
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