CN115790360A - 一种三维形变测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维形变测量方法，涉及三维形变测量技术领域，通过在待测物体上固定角反，并在角反上方固定有LED光源；通过形变测量仪上的摄像头实时获取LED光源的位置；图像处理中心实时监测摄像头中LED光源的移动情况；并记录下LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离；使用雷达并通过第一雷达天线发射电磁波；通过第二雷达天线接收由角反反射回来的电磁波；并由雷达主机判断电磁波反射时间是否发生变化；若发生变化，则计算出待测物体在Z轴的距离变化量；根据待测物体在X轴、Y轴以及Z轴的偏移距离，计算出物体的形变值；解决了监测物体在三个维度的形变值的问题。
Description
技术领域
本发明属于形变测量领域，涉及三维形变测量技术，具体是一种三维形变测量方法。
背景技术
对于具有较远距离的物体，当其发生微小的形变时， 常规的视频位移测量仪器实时拍摄物体的表面图像，并通过实时分析物体表面图像的变化情况，获得物体的形变值；然而由于拍摄的表面图像是二维的，因此，通过二维的表面图像的分析方法，只能获取物体两个维度的形变值；即物体正面的形变值；当物体因受到撞击或其他原因而造成在Z轴方向上的形变时，视频位移测量仪器则无法测量到；
为此，提出一种三维形变测量方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种三维形变测量方法，该一种三维形变测量方法通过在待测物体上固定角反，并在角反上方固定有LED光源；通过形变测量仪上的摄像头实时获取LED光源的位置；图像处理中心实时监测摄像头中LED光源的移动情况；并记录下LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离；使用雷达并通过第一雷达天线发射电磁波；通过第二雷达天线接收由角反反射回来的电磁波；并由雷达主机判断电磁波反射时间是否发生变化；若发生变化，则计算出待测物体在Z轴的距离变化量；根据待测物体在X轴、Y轴以及Z轴的偏移距离，计算出物体的形变值；解决了监测物体在三个维度的形变值的问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种三维形变测量方法，包括以下步骤：
步骤一：在待测物体上固定一个角反；并打开角反上方的LED光源；所述角反通过可调节宽松度的绑带与待测物体进行绑定；
步骤二：打开形变测量仪的摄像头，并保证摄像头拍摄到LED光源；
步骤三：打开形变测量仪的雷达主机；并通过第一雷达天线发射电磁波；
步骤四：图像处理中心实时监测摄像头中LED光源的移动情况；并记录下LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离；
步骤五：通过第二雷达天线接收由角反反射回来的电磁波；并由雷达主机判断电磁波反射时间是否发生变化；若发生变化，则计算出待测物体在Z轴的距离变化量；
步骤六：根据LED光源在X轴以及Y轴移动的距离，以及待测物体在Z轴的距离变化量计算出待测物体的形变值；
所述角反为雷达反射器；所述雷达反射器为根椐不同用途做成的不同规格的雷达波反射器；当雷达电磁波扫描到角反后，电磁波会在金属角上产生折射放大，产生很强的回波信号，在雷达的屏幕上出现很强的回波目标；
所述LED光源为发光二极管光源；所述LED光源被固定在角反上方；当需要对被测物体的形变进行监测时，打开LED光源；监测结束时，则关闭LED光源；
所述摄像头与图像处理中心电气连接；所述摄像头正对着角反上的LED光源，并在需要对被测物体的形变进行监测时，摄像头启动，并实时拍摄物体以及与物体固定的角反图像；所述摄像头将拍摄的监控画面发送至图像处理中心；
其中，所述X轴与Y轴分别为摄像头拍摄的物体与角反的水平方向以及垂直方向；
所述图像处理中心记录LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离包括以下步骤：
步骤S1：图像处理中心从拍摄的图像中使用物体识别技术识别出图像中的LED光源；并标记出LED光源的原始位置；将LED光源原始位置标记为P；
步骤S2：图像处理中心实时监测LED光源位置是否发生变化；若发生变化，转至步骤S3；否则，继续监测；
步骤S3：图像处理中心获取LED光源变化后的位置，将LED光源变化后的位置标记为Q；根据位置P以及位置Q，分别计算出位置Q与位置P在图像X轴以及Y轴的偏移距离；将LED光源在X轴以及Y轴偏移的距离分别标记为x以及y；
所述雷达主机计算待测物体在Z轴的距离变化量包括以下步骤：
步骤P1：雷达主机预先通过第一雷达天线发射电磁波，并通过第二雷达天线接收返回的电磁波；通过计算发射的电磁波与返回的电磁波之间的时差以及电磁波的传播速度，计算出形变测量仪距离待测物体的初始距离；雷达主机记录下初始距离，并将初始距离标记为S；
步骤P2：雷达主机每隔时间周期T，通过第一雷达天线发射电磁波，并通过第二雷达天线接收返回的电磁波；通过计算发射的电磁波与返回的电磁波之间的时差以及电磁波的传播速度，计算出形变测量仪距离待测物体的实时距离；将每轮时间周期使用t进行标记，将实时距离标记为St；其中，时间周期T根据实际经验设置；
步骤P3：比较实时距离St与初始距离S的差别；若实时距离St与初始距离S有所不同，则说明待测物体在Z轴发生位移；计算Z轴的距离变化量，并将距离变化量标记为z；其中，z的计算公式为z=St-S；
所述计算待测物体的形变值的方式为：根据实际实验结果，为X轴与Y轴的平面形变设置平面形变系数a，为Z轴的距离形变设置距离形变系数b，计算形变值K；形变值K的计算公式为
。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过使用视频监控角反LED光源位置的方式监控物体在正面平面上的形变程度；通过使用雷达反射测量距离，进一步根据距离变化监测物体形变值，弥补了传统视频监控只能监测平面解决了监测物体在三个维度的形变值的问题。
附图说明
图1为本发明的流程图。
实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种三维形变测量方法，包括以下步骤：
步骤一：在待测物体上固定一个角反；并打开角反上方的LED光源；所述角反通过可调节宽松度的绑带与待测物体进行绑定；
步骤二：打开形变测量仪的摄像头，并保证摄像头拍摄到LED光源；
步骤三：打开形变测量仪的雷达主机；并通过第一雷达天线发射电磁波；
步骤四：图像处理中心实时监测摄像头中LED光源的移动情况；并记录下LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离；
步骤五：通过第二雷达天线接收由角反反射回来的电磁波；并由雷达主机判断电磁波反射时间是否发生变化；若发生变化，则计算出待测物体在Z轴的距离变化量；
步骤六：根据LED光源在X轴以及Y轴移动的距离，以及待测物体在Z轴的距离变化量计算出待测物体的形变值；
可以理解的是，对于具有较远距离的物体，当其发生微小的形变时， 常规的视频位移测量仪器实时拍摄物体的表面图像，并通过实时分析物体表面图像的变化情况，获得物体的形变值；然而由于拍摄的表面图像是二维的，因此，通过二维的表面图像的分析方法，只能获取物体两个维度的形变值；即物体正面的形变值；当物体因受到撞击或其他原因而造成在Z轴方向上的形变时，视频位移测量仪器则无法测量到；
在一个优选的实施例中，所述角反为根椐不同用途做成的不同规格的雷达波反射器；当雷达电磁波扫描到角反后，电磁波会在金属角上产生折射放大，产生很强的回波信号，在雷达的屏幕上出现很强的回波目标；
在一个优选的实施例中，所述LED光源为发光二极管光源；所述LED光源被固定在角反上方；当需要对被测物体的形变进行监测时，打开LED光源；监测结束时，则关闭LED光源；
在一个优选的实施例中，所述摄像头与图像处理中心电气连接；所述摄像头正对着角反上的LED光源，并在需要对被测物体的形变进行监测时，摄像头启动，并实时拍摄物体以及与物体固定的角反图像；所述摄像头将拍摄的监控画面发送至图像处理中心；显然，监控画面为待测物体以及角反的正视图；
其中，所述X轴与Y轴分别为摄像头拍摄的物体与角反的正视图中的水平方向以及垂直方向；
所述图像处理中心记录LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离包括以下步骤：
步骤S1：图像处理中心预先通过深度学习技术训练出识别图像中LED光源的神经网络模型；并对拍摄的图像中使用物体识别技术识别出图像中的LED光源；并标记出LED光源的原始位置；将LED光源原始位置标记为P；所述物体识别技术即为将拍摄的图像输入至神经网络模型，识别出图像中的LED光源位置；
步骤S2：图像处理中心实时监测LED光源位置是否发生变化；若发生变化，转至步骤S3；否则，继续监测；
步骤S3：图像处理中心获取LED光源变化后的位置，将LED光源变化后的位置标记为Q；根据位置P以及位置Q，分别计算出位置Q与位置P在图像X轴以及Y轴的偏移距离；将LED光源在X轴以及Y轴偏移的距离分别标记为x以及y；
在一个优选的实施例中，所述雷达主机计算待测物体在Z轴的距离变化量包括以下步骤：
步骤P1：雷达主机预先通过第一雷达天线发射电磁波，并通过第二雷达天线接收返回的电磁波；通过计算发射的电磁波与返回的电磁波之间的时差以及电磁波的传播速度，计算出形变测量仪距离待测物体的初始距离；雷达主机记录下初始距离，并将初始距离标记为S；
步骤P2：雷达主机每隔时间周期T，通过第一雷达天线发射电磁波，并通过第二雷达天线接收返回的电磁波；通过计算发射的电磁波与返回的电磁波之间的时差以及电磁波的传播速度，计算出形变测量仪距离待测物体的实时距离；将每轮时间周期使用t进行标记，将实时距离标记为St；其中，时间周期T根据实际经验设置；
步骤P3：比较实时距离St与初始距离S的差别；若实时距离St与初始距离S有所不同，则说明待测物体在Z轴发生位移；计算Z轴的距离变化量，并将距离变化量标记为z；其中，z的计算公式为z=St-S；
在一个优选的实施例中，所述计算待测物体的形变值的方式为：根据实际实验结果，为X轴与Y轴的平面形变设置平面形变系数a，为Z轴的距离形变设置距离形变系数b，计算形变值K；形变值K的计算公式为
；显然该形变值代表了待测物体形变的强烈程度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种三维形变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在待测物体上固定一个角反；并打开角反上方的LED光源；
步骤二：打开形变测量仪的摄像头，并保证摄像头拍摄到LED光源；
步骤三：打开形变测量仪的雷达主机；并通过第一雷达天线发射电磁波；
步骤四：图像处理中心实时监测摄像头中LED光源的移动情况；并记录下LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离；
步骤五：通过第二雷达天线接收由角反反射回来的电磁波；并由雷达主机判断电磁波反射时间是否发生变化；若发生变化，则计算出待测物体在Z轴的距离变化量；
步骤六：根据LED光源在X轴以及Y轴移动的距离，以及待测物体在Z轴的距离变化量计算出待测物体的形变值。
2.根据权利要求1所述的一种三维形变测量方法，其特征在于，所述角反为雷达反射器。
3.根据权利要求1所述的一种三维形变测量方法，其特征在于，所述LED光源为发光二极管光源；所述LED光源被固定在角反上方。
4.根据权利要求1所述的一种三维形变测量方法，其特征在于，所述摄像头与图像处理中心电气连接；所述摄像头正对着角反上的LED光源，并实时拍摄物体以及与物体固定的角反图像；所述摄像头将拍摄的监控画面发送至图像处理中心。
5.根据权利要求1所述的一种三维形变测量方法，其特征在于，所述X轴与Y轴分别为摄像头拍摄的物体与角反的水平方向以及垂直方向。
6.根据权利要求1所述的一种三维形变测量方法，其特征在于，所述图像处理中心记录LED光源在X轴以及Y轴分别移动的距离包括以下步骤：
步骤S1：图像处理中心从拍摄的图像中使用物体识别技术识别出图像中的LED光源；并标记出LED光源的原始位置；将LED光源原始位置标记为P；
步骤S2：图像处理中心实时监测LED光源位置是否发生变化；若发生变化，转至步骤S3；否则，继续监测；
步骤S3：图像处理中心获取LED光源变化后的位置，将LED光源变化后的位置标记为Q；根据位置P以及位置Q，分别计算出位置Q与位置P在图像X轴以及Y轴的偏移距离；将LED光源在X轴以及Y轴偏移的距离分别标记为x以及y。
7.根据权利要求1所述的一种三维形变测量方法，其特征在于，所述雷达主机计算待测物体在Z轴的距离变化量包括以下步骤：
步骤P1：雷达主机预先通过第一雷达天线发射电磁波，并通过第二雷达天线接收返回的电磁波；通过计算发射的电磁波与返回的电磁波之间的时差以及电磁波的传播速度，计算出形变测量仪距离待测物体的初始距离；雷达主机记录下初始距离，并将初始距离标记为S；
步骤P2：雷达主机每隔时间周期T，通过第一雷达天线发射电磁波，并通过第二雷达天线接收返回的电磁波；通过计算发射的电磁波与返回的电磁波之间的时差以及电磁波的传播速度，计算出形变测量仪距离待测物体的实时距离；将每轮时间周期使用t进行标记，将实时距离标记为St；其中，时间周期T根据实际经验设置；
步骤P3：比较实时距离St与初始距离S的差别；若实时距离St与初始距离S有所不同，计算Z轴的距离变化量，并将距离变化量标记为z。
8.根据权利要求1所述的一种三维形变测量方法，其特征在于，所述计算待测物体的形变值的方式为：根据实际实验结果，为X轴与Y轴的平面形变设置平面形变系数a，为Z轴的距离形变设置距离形变系数b，计算形变值K；形变值K的计算公式为
。
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