CN205879127U - 一种钢结构局部几何变形的测量系统 - Google Patents

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刘宇飞
郭小华
杨建平
幸坤涛
李忠煜
冯绍攀
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Abstract

本实用新型提供了一种钢结构局部几何变形的测量系统，包括：变标定装置、拍摄装置和数字图像处理装置；畸变标定装置，用于对所述拍摄设备进行畸变标定；拍摄装置，用于按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄，得到数字图像；数字图像处理装置，用于对数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。应用本实用新型可以在保证操作人员安全的同时对钢结构局部几何变形自动进行准确的测量。

Description

一种钢结构局部几何变形的测量系统
技术领域
本实用新型涉及光学测量和几何变形测量技术领域，尤其涉及一种基于数字图像的三维成像技术的钢结构局部几何变形的测量系统。
背景技术
局部几何变形损伤是钢结构的损伤的一种典型形式，包括梁、柱的翼缘板、腹板以及加劲肋、檩条、压型钢板等钢结构主要构件以及各类连接件的变形损伤，具体的损伤形式包括板件翘曲、局部鼓包、扭转等。钢结构局部几何变形损伤会对钢结构的承载能力产生严重影响，变形检测结果是既有钢结构承载能力分析与鉴定的重要内容。
当前针对钢结构局部几何变形损伤主要是采用人工接近后进行手工测量的手段，主要的测量仪器包括游标卡尺、卷尺等。对于产生空间变形、变形形式复杂的部位，一般仅通过拍照、利用照片对变形进行定性描述。然而，现有技术中的上述测量手段很难对变形形态与变形量进行准确描述，测得的变形值难以还原、恢复至实际变形状况；同时，对于高空中的钢结构局部变形测量须利用高空作业开展，作业中存在一定安全隐患且高空测量的准确性值得商榷。
总而言之，虽然钢结构局部变形测量在结构安全性鉴定中尤为重要，但目前的变形测量技术存在测量手段落后、技术水平低、测量难以还原与恢复到原始结构变形状态、高空检测存在安全隐患等诸多问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种钢结构局部几何变形的测量系统，从而可以在保证操作人员安全的同时对钢结构局部几何变形自动进行准确的测量。
本实用新型的技术方案具体是这样实现的：
一种钢结构局部几何变形的测量系统，该测量系统包括：变标定装置、拍摄装置和数字图像处理装置；
所述畸变标定装置，用于对所述拍摄设备进行畸变标定；
所述拍摄装置，用于按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄，将拍摄得到的数字图像发送给所述数字图像处理装置；
所述数字图像处理装置，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。
较佳的，所述拍摄装置为：感光元件尺寸23.9x36mm及以上、分辨率1800万像素及以上的相机。
较佳的，所述畸变标定装置包括：棋盘格标定板和标定单元；
所述棋盘格标定板，用于对拍摄设备进行畸变测试；
所述标定单元，用于确定拍摄设备所需使用的焦段，并对于所确定的焦段，使用所述棋盘格标定板对拍摄设备进行畸变测试，采用基本标定算法，根据畸变测试结果对拍摄设备内参与镜头畸变系数进行标定。
较佳的，所述棋盘格标定板的精度为：+/-0.1毫米。
较佳的，所述数字图像处理装置包括：预处理单元、三维重建单元、模型标定单元和变形测量单元；
所述预处理单元，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理，将预处理后的数字图像发送给所述三维重建单元；
所述三维重建单元，用于根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；
所述模型标定单元，用于确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；
所述变形测量单元，用于根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。
较佳的，所述预处理单元还包括：第一处理模块和第二处理模块；
所述第一处理模块，用于检测所述数字图像的模糊程度，去除低于预设的数字图像模糊指标的数字图像；
所述第二处理模块，用于去除未包含待检测的钢结构损伤处的数字图像。
较佳的，所述模型标定单元还包括：测距单元和尺寸标定单元；
所述测距单元，用于测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的多个关键点之间的距离；
所述尺寸标定单元，用于对于每个所获取的距离数据，根据该距离数据以及拍摄得到的数字图像中与该距离数据相对应的尺寸，计算得到相应的尺寸比例系数；对计算得到的所有尺寸比例系数取平均值，得到所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数。
较佳的，所述测距单元为激光测距仪。
由上述技术方案可见，在本实用新型的钢结构局部几何变形的测量系统中，由于首先对拍摄设备进行畸变标定，然后在测量现场使用所述拍摄设备按照预设轨迹对钢结构变形局部(即待检测的钢结构损伤处)进行定焦距环绕拍摄，接着根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，并根据所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数对所述三维模型进行标定，最后再根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量，从而可以在保证操作人员安全的同时对钢结构局部几何变形自动进行准确的测量。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的钢结构局部几何变形的测量系统的结构示意图。
图2为本实用新型实施例中对钢结构损伤处进行环绕拍摄的示意图。
图3为本实用新型实施例中的棋盘格标定板的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型实施例中的钢结构局部几何变形的测量系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例中的钢结构局部几何变形的测量系统包括：畸变标定装置101、拍摄装置102和数字图像处理装置103；
所述畸变标定装置101，用于对所述拍摄设备进行畸变标定；
所述拍摄装置102，用于按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄，将拍摄得到的数字图像发送给所述数字图像处理装置；
所述数字图像处理装置103，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。
较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，所述拍摄装置可以是：感光元件尺寸约23.9x36mm及以上、分辨率1800万像素及以上的相机；另外，所述拍摄装置上还可以设置低畸变镜头，用于对待检测的钢结构损伤处进行定焦距拍摄。
另外，所述拍摄设备可以是在预设轨迹上对待检测的钢结构损伤处进行拍摄，从而使得所拍摄的图像锐度较高，摄影光心之间的距离较大，所拍摄的图像中尽可能包含更多不同视角。如图2所示，在本实用新型的技术方案中，可以使用如图2中所示的预设的环形轨迹对待检测的钢结构屋面梁进行环绕拍摄。此外，可以根据待检测的钢结构损伤处的局部形态的复杂程度确定所拍摄的图像的数量，例如，可以规定最少需要拍摄10张高清图像。
较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述畸变标定装置可以包括：棋盘格标定板和标定单元；
图3为本实用新型实施例中的棋盘格标定板的示意图；所述棋盘格标定板，用于对拍摄设备进行畸变测试；
所述标定单元，用于确定拍摄设备所需使用的焦段，并对于所确定的焦段，使用所述棋盘格标定板对拍摄设备进行畸变测试，采用基本标定算法，根据畸变测试结果对拍摄设备内参与镜头畸变系数进行标定。
较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，所述棋盘格标定板的精度可以是：+/-0.1毫米(mm)。
较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述数字图像处理装置可以包括：预处理单元、三维重建单元、模型标定单元和变形测量单元；
所述预处理单元，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理，将预处理后的数字图像发送给所述三维重建单元；
所述三维重建单元，用于根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；
所述模型标定单元，用于确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；
所述变形测量单元，用于根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。
较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述预处理单元还可以包括：第一处理模块和第二处理模块；
所述第一处理模块，用于检测所述数字图像的模糊程度，去除低于预设的数字图像模糊指标的数字图像；
所述第二处理模块，用于去除未包含待检测的钢结构损伤处的数字图像。
较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述模型标定单元还可以包括：测距单元和尺寸标定单元；
所述测距单元，用于测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的多个关键点之间的距离；
所述尺寸标定单元，用于对于每个所获取的距离数据，根据该距离数据以及拍摄得到的数字图像中与该距离数据相对应的尺寸，计算得到相应的尺寸比例系数；对计算得到的所有尺寸比例系数取平均值，得到所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数。
较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述测距单元可以是：激光测距仪。
综上所述，在本实用新型的钢结构局部几何变形的测量系统中，由于首先对拍摄设备进行畸变标定，然后在测量现场使用所述拍摄设备按照预设轨迹对钢结构变形局部(即待检测的钢结构损伤处)进行定焦距环绕拍摄，接着根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，并根据所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数对所述三维模型进行标定，最后再根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量，因而可以实现对结构局部的三维成像，在此基础上进行结构变形的准确测量，从而可以在保证操作人员安全的同时对钢结构局部几何变形自动进行准确的测量。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种钢结构局部几何变形的测量系统，其特征在于，该测量系统包括：畸变标定装置、拍摄装置和数字图像处理装置；
所述畸变标定装置，用于对所述拍摄设备进行畸变标定；
所述拍摄装置，用于按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄，将拍摄得到的数字图像发送给所述数字图像处理装置；
所述数字图像处理装置，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：
所述拍摄装置为：感光元件尺寸23.9x36mm及以上、分辨率1800万像素及以上的相机。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述畸变标定装置包括：棋盘格标定板和标定单元；
所述棋盘格标定板，用于对拍摄设备进行畸变测试；
所述标定单元，用于确定拍摄设备所需使用的焦段，并对于所确定的焦段，使用所述棋盘格标定板对拍摄设备进行畸变测试，采用基本标定算法，根据畸变测试结果对拍摄设备内参与镜头畸变系数进行标定。
4.根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于：
所述棋盘格标定板的精度为：+/-0.1毫米。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述数字图像处理装置包括：预处理单元、三维重建单元、模型标定单元和变形测量单元；
所述预处理单元，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理，将预处理后的数字图像发送给所述三维重建单元；
所述三维重建单元，用于根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；
所述模型标定单元，用于确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；
所述变形测量单元，用于根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变 形测量，确定结构变形量。
6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述预处理单元还包括：第一处理模块和第二处理模块；
所述第一处理模块，用于检测所述数字图像的模糊程度，去除低于预设的数字图像模糊指标的数字图像；
所述第二处理模块，用于去除未包含待检测的钢结构损伤处的数字图像。
7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述模型标定单元还包括：测距单元和尺寸标定单元；
所述测距单元，用于测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的多个关键点之间的距离；
所述尺寸标定单元，用于对于每个所获取的距离数据，根据该距离数据以及拍摄得到的数字图像中与该距离数据相对应的尺寸，计算得到相应的尺寸比例系数；对计算得到的所有尺寸比例系数取平均值，得到所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数。
8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于：
所述测距单元为激光测距仪。
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