基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别系统及方法与流程

技术特征：

1.一种基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别系统，其特征在于：包括云台、相机、自动避障装置、三点激光测距仪和带图传系统的多旋翼无人飞行器，所述多旋翼无人飞行器的飞机平台上设有云台，云台上设有相机和自动避障装置，所述相机上设有三点激光测距仪。

2.根据权利要求1所述的基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别系统，其特征在于：所述云台与多旋翼无人飞行器连接处设有减震装置。

3.一种基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别方法，包括以下步骤：

步骤一：预先设置三点激光测距仪发出的三个激光束之间的夹角；

步骤二：操作者操作多旋翼无人飞行器接近被测物体，图传系统实时拍摄被测物体并将视频信息传回地面接收装置；

步骤三：判断视频信息中被测物体是否存在裂缝，若是，则进行步骤四，若不是，则返回步骤二；

步骤四：同时启动相机和三点激光测距仪，相机拍摄裂缝相片并传回地面接收装置，三点激光测距仪测量得到三个距离参数并传回地面接收装置；

步骤五：对采集到的裂缝图像进行处理，得到裂缝宽度像素数；

步骤六：根据得到的距离参数、三个激光束之间的夹角得到物距；

步骤七：采用测距法求得被测物体的实际物理尺寸，从而得到裂缝宽度。

4.根据权利要求3所述的基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别方法，其特征在于：所述步骤一中，记三点激光测距仪发出三个激光束的位置为A，三个激光束之间的夹角为∠a，∠b，∠c。

5.根据权利要求4所述的基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别方法，其特征在于：所述步骤四中，三点激光测距仪得到的三个距离参数为三点激光测距仪发出的三个激光束到裂缝的距离，记激光束到达裂缝的位置分别为B、C、D，则得到AB、AC、AD的长度，∠a，∠b，∠c分别为AB与AC、AC与AD、AB与AD的夹角，即∠a＝∠BAC，∠b＝∠CAD，∠c＝∠BAD。

6.根据权利要求5所述的基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别方法，其特征在于：所述步骤五的具体步骤为，将采集到的裂缝图像经过MATLAB图像处理转换成灰度图像，在空域内对图像进行增强，滤波；然后对图像再进行阈值分割处理，提取出裂缝裂缝特征，再对裂缝特征采取形态学操作，得到裂缝宽度处的像素数A”。

7.根据权利要求6所述的基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别方法，其特征在于：所述步骤六具体过程如下，

6-1)连接B、C、D构成一个三角形，令AB、AC、AD分别为L₁、L₂、L₃，根据余弦定理有：

${\mathrm{BC}}^2=L_1^2+L_2^2-2*L_1*L_2*\cos a---\left(1\right)$

${\mathrm{BD}}^2=L_1^2+L_3^2-2*L_1*L_3*\cos c---\left(2\right)$

${\mathrm{CD}}^2=L_2^2+L_3^2-2*L_2*L_3*\cos b---\left(3\right)$

6-2)记CD的中点为E，连接B、E，根据余弦定理有：

$\begin{array}{c}{\mathrm{BE}}^2={\mathrm{BD}}^2+\frac{{\mathrm{CD}}^2}{4}-2*BD*\frac{CD}{2}*\cos BDC\\ =L_1^2+\frac{L_2^2}{4}+\frac{L_3^2}{4}-L_1*L_2*\cos a-L_1*L_3*\cos c+\frac{1}{2}{L}_2*L_3*\cos b\end{array}---\left(4\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{AE}}^2={\mathrm{AC}}^2+\frac{{\mathrm{CD}}^2}{4}-2*AC*\frac{CD}{2}*\cos ACD\\ =\frac{L_2^2}{4}+\frac{L_3^2}{4}+\frac{L_2*L_3*\cos b}{2}\end{array}---\left(5\right)$

6-3)根据海伦公式得到三角形ABE的高h，h则为三点激光测距仪到裂缝的中心距离，即为物距L：

$S\mathrm{\Δ}ABE=\sqrt{c*(c-AB)*(c-AE)*(c-BE)}---\left(6\right)$

其中c为周长的一半

物距

8.根据权利要求7所述的基于无人飞机机载成像的混凝土裂缝宽度识别方法，其特征在于：所述步骤七具体过程如下，

已知透镜成像公式为：

$\frac{1}{L^{\′}}+\frac{1}{L}=\frac{1}{f}\⇒L^{\′}=\frac{Lf}{L-f}---\left(8\right)$

其中：L'为像距；L为物距，即测距仪与被测目标之间的距离；f为镜头焦距；

放大倍数θ：

$\mathrm{\θ}=\frac{A^{\′}}{A}=\frac{L^{\′}}{L}\⇒A=\frac{L}{L^{\′}}{A}^{\′}---\left(9\right)$

其中：A为目标实际尺寸，即裂缝实际物理宽度；A′为成像尺寸；

将(8)式代入(9)式，得：

$A=\frac{L-f}{f}{A}^{\′}---\left(10\right)$

由(10)式得出，在物距与镜头焦距已知的情况下，当测量出裂缝成像尺寸，即可计算出裂缝的实际物理宽度；

成像尺寸A′进一步转换为：

$A^{\′}=\frac{d}{D}\×A^{\′\′}---\left(11\right)$

其中：A”为成像的像素数；d为相机图像传感器长边物理尺寸；D为相机图像传感器长边像素数；

将(10)式代入(11)式，可得：

$A=\frac{(L-f)\·d}{f\·D}\×A^{\′\′}---\left(12\right)$

式(12)即为实际物理尺寸与像素数的转换关系公式；

将图像传感器长边物理尺寸d、图像传感器长边像素数D,像素数A”，物距L代入式(12)，求得被测裂缝的实际物理尺寸。