检测桥梁橡胶支座移位的单相机摄影测量方法与流程

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别提供了一种检测桥梁橡胶支座移位的单相机摄影测量方法。

背景技术：

随着高速公路、铁路及城市桥梁的大规模建设，桥梁橡胶支座的使用量迅速增长。桥梁在服役过程中受到各种条件的影响，其橡胶支座病害逐年增多，损害速度逐渐加快。橡胶支座作为桥梁上部结构和下部结构的连接，在出现病害后，将严重影响桥梁的使用功能。支座移位超限是桥梁橡胶支座病害评定中的重要病害之一，目前基本通过肉眼判定或者直尺测量支座移位。传统方法的工作效率较低且不够准确。因此，对橡胶支座进行现场非接触检测，具有极其重要的意义。

技术实现要素：

技术问题：本发明提供了一种检测桥梁橡胶支座移位的单相机摄影测量方法，可以快捷、方便地实现桥梁橡胶支座移位的非接触检测。

技术方案：本发明的检测桥梁橡胶支座移位的单相机摄影测量方法，包括以下步骤：

1)将多个编码标志点粘贴在桥梁橡胶支座的待观测位置；

2)利用单个数码相机在多个位置从不同角度以定焦距拍摄5张以上包含编码标志点的桥梁支座图像；

3)利用数字图像处理算法进行标志点自动识别；

4)利用摄影测量算法进行三维空间点的重构及优化，具体为：以相机的出厂参数作为相机内部参数的估计值；对图像进行连续定向，确定相机的位置和姿态，获得多个相机外部参数，并进行空间点的三维坐标重构；以标志点的像素坐标作为观测值，将单一的相机内部参数、多个相机外部参数和多个空间点三维坐标作为初值，利用自标定的光束平差法进行迭代优化；

5)根据所述步骤4)重构的三维空间点坐标，结合坐标系的长度基准，计算桥梁橡胶支座关键位置的位移变化，获得支座移位。

进一步的，本发明方法中，所述步骤3)的具体流程为：分别运用空间域图像增强中的灰度值对比拉伸和高斯滤波去噪两种方法，对图像进行预处理，采用canny边缘检测进行整像素边缘提取，通过递归算法进行边缘连接；然后以边界闭合原则、尺寸准则、圆度准则、椭圆拟合误差约束和位置准则，进行目标筛选，得到图像中编码标志点的信息；对编码点进行解码，获得相应的编码值；采用基于高斯曲线拟合亚像素边缘定位的椭圆拟合圆心定位算法进行标志点中心的亚像素定位。

进一步的，本发明方法中，所述步骤4)中，选取相机的姿态夹角在25-35度的图像，所述的对图像连续定向，是利用相对定向方法对图像进行定向。

进一步的，本发明方法中，所述步骤5)中，坐标系的长度基准是根据基准尺确定的。

本发明方法利用单个数码相机拍摄多张包含编码标志点的桥梁支座图像，结合数字图像处理技术与摄影测量方法，以实现对支座移位进行非接触检测的目的。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)支座表面直观检测。相比于肉眼判定和直尺测量方法，本发明利用摄影测量方法可以获取桥梁橡胶支座的原始图像，直观有效，且有利于信息存储。

(2)支座表面实时检测。本发明通过无线传输装置，将数码相机拍摄的图像实时传输至笔记本电脑，结合数字图像处理技术与摄影测量方法进行实时计算，与其他声成像、红外检测等检测技术相比，计算效率更高。

(3)装置组成简单，可操作性强。本发明采用编码标志点，只需单个数码相机在不同位置对支座拍摄多组图像，笔记本电脑进行实时计算，自动化程度较高，并且获得的数据可进行后续处理以便为支座病害分级评定提供依据。

附图说明

图1为用于实时计算的笔记本电脑构成图；

图2为用于拍摄图像的数码相机示意图；

图3为粘贴编码标志点的桥梁支座示意图。

图中有：1.笔记本电脑；2.路由器；3.无线接收器；4.数码相机；5.编码标志点；6.基准尺；7.橡胶支座；8.桥梁桥墩；9.桥梁梁体。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本说明作进一步的说明。

用于桥梁橡胶支座移位检测的单相机摄影测量方法包括以下步骤：

1)选取同心圆环型编码标志点5作为本发明的编码标志点，将哑粉纸打印的多个编码标志点粘贴在桥梁桥墩8与梁体9之间橡胶支座7的待观测位置；

2)通过无线传输装置：无线接收器3与路由器2，将数码相机4与笔记本电脑1连接，利用单个数码相机在多个位置从不同角度以定焦距拍摄多张包含编码标志点的桥梁支座图像，通过无线传输装置将拍摄图像实时传输至笔记本电脑1；

3)采用数字图像处理技术与摄影测量方法，对图像进行实时处理，重建编码标志点的三维坐标：

利用数字图像处理算法进行标志点自动识别，包括图像预处理、边缘检测、目标筛选、编码标志点解码、标志点中心的亚像素定位。具体操作为：分别运用空间域图像增强中的灰度值对比拉伸和高斯滤波去噪两种方法，对图像进行预处理，以提高图像对比度和降低噪声的影响；采用canny边缘检测进行整像素边缘提取，通过递归算法进行边缘连接；目标筛选后对编码点进行解码，获得相应的编码值；采用基于高斯曲线拟合亚像素边缘定位的椭圆拟合圆心定位算法进行标志点中心的亚像素定位。

利用摄影测量算法进行单相机的三维空间点重构，包括图像检测、图像概略定向确定相机位置和姿态、编码标志点三维坐标重构、光束平差优化结果。具体操作为：以相机的出厂参数作为相机内参的估计值；拍摄多张包含公共标志点的图像，对图像进行连续定向获得多个相机外参，并进行空间点的三维重构；以标志点的像素坐标作为观测值，将单一的相机内参、多个相机外参和多个空间点三维坐标作为初值，利用自标定的光束平差法进行迭代优化。

4)根据重建出的编码标志点三维坐标，由基准尺6确定测量坐标系的长度基准，计算桥梁橡胶支座关键位置的位移变化，获得支座移位。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种检测桥梁橡胶支座移位的单相机摄影测量方法，包括以下步骤：1)在桥梁橡胶支座的待检测位置粘贴多个编码标志点；2)利用单个数码相机在多个位置从不同角度拍摄5张以上包含编码标志点的桥梁支座图像；3)利用数字图像处理算法进行标志点自动识别；4)利用摄影测量算法进行三维空间点重构及优化。本发明方法组成简单，可操作性强；可以实时计算获得的数据，并可进行后续处理以便为支座病害分级评定提供依据。

技术研发人员：何小元;戴云彤;董帅;胡邹恒
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2017.04.28
技术公布日：2017.10.10