像头5检测激光靶标4上的光 斑位置，如果光斑位置在CCD摄像头5上中心位置处偏离过大，则需要重新调整CCD摄像 头5,并将调整数据经数据处理单元6上传，如果位置偏差不大，则直接通过数据处理单元6 上传光斑准确位置，到此，一个方向数据采集结束，另外一个方向采集过程同样顺序完成就 可以。其中监测光斑位置是最重要的一个环节，C⑶摄像头5采集图像，CPU处理器将图像 先进行中值滤波，消除外界的光干扰，接下来进行二值化处理，彩色图片处理成黑白二值数 据，计算出光斑中心位置。因为被测目标变化速度相对较慢，所以对系统实时性要求不是非 常高，CCD摄像头5位置调整时，当沉降幅度过大，光斑超出CCD摄像头5中心过大时，就要 进行位置调整，以免光斑超出CCD摄像头5。
[0044] 本发明一种光电式滑坡体动态在线监测一体机的监测方法，具体按照以下步骤实 施：
[0045] 步骤1、当CCD摄像头5接收到光斑信号，CPU处理器将图像首先进行中值滤波；
[0046] 步骤2、将经过步骤1中值滤波后的信号进行二值化处理，实现将彩色图片处理为 黑白二值数据；
[0047]步骤3、计算光斑中心位置；
[0048] 步骤4、根据所述步骤3得到的光斑中心位置，X方向驱动模块、Y方向驱动模块发 生位移；
[0049] 步骤5、当所述步骤4X方向驱动模块、Y方向驱动模块发生位移后，（XD摄像头5 位置改变，使光斑再次聚焦中心位置，同时计算得到滑坡位移。
[0050] 其中，步骤1中中值滤波具体按照以下步骤实施：
[0051] 步骤（1. 1)、选取图像中5*5的区域，将25个像素点应用起泡法排序；
[0052]步骤（1. 2)、将所述步骤（1. 1)得到的中间值作为图像区域中心点的值。
[0053] 步骤2中二值化处理具体为：
[0054] 选取二值化阈值为128,当像素点灰度大于等于128时，其值定为0,当像素点灰度 小于128时，其值定为255,从而将整个图像变为黑白色。
[0055] 步骤3采用重心法计算光斑中心位置，具体为：
[0056] 步骤（3. 1)、首先将每个像素点的灰度值乘以该像素点的横坐标值，得到计算结果 A(al，a2,a3，…，aN)，其中N表示像素点的个数；
[0057] 步骤（3. 2)、将步骤（3. 1)得到的A(al，a2,a3，…，aN)求和，得到计算结果B;
[0058] 步骤（3.3)、将步骤（3.1)得到的结果B除以N个像素点的灰度值之和，得到光斑 中心位置的横坐标X;
[0059] 步骤（3. 4)、依据步骤（3. 1)~（3. 4)同理得到光斑中心位置的纵坐标y，至此得 到光斑的中心位置坐标（X，y)。
[0060] 步骤4具体为：
[0061] 步骤（4. 1)、当山体发生滑坡时，由于激光发射器1位置不变，则激光发射位置不 变，靶标随山体移动，从而导致光斑在靶标位置相应移动，当光斑移动超出设定的阈值时， 根据步骤3计算得到的光斑中心位置坐标（X，y)，根据以下公式计算光斑移动位置：
[0062]
[0063] 其中，X。是横向移动数据，y。是纵向移动数据，I(X，y)为每个坐标点的灰度值；
[0064] 步骤（4. 2)、当步骤（4. 1)计算出光斑中心位置的偏移距离后，数据处理单元把数 据^通过串口发送给X方向驱动模块，同时将数据yc通过串口发送给Y方向驱动模块；
[0065] 步骤（4.3)、X方向驱动模块将数据X。取反口，驱动步进电机走xO距离；Y方向驱 动模块将数据％取反后，驱动步进电机走yc距离，使得光斑处于靶标中心位置；
[0066] 步骤（4. 4)、由于相邻两个像素中心间距为0. 1mm，所以得到X方向滑坡距离为
【主权项】
1. 一种光电式滑坡体动态在线监测一体机，其特征在于，包括两套监测系统，两套监测 系统之间呈90度交叉设置，分别监测滑坡体测点的三维位移变化情况，每套监测系统均包 括有激光发射器（1)，与激光发射器（1)处于同一水平位置处依次设置有激光靶标（4)和 CCD摄像头（5)，所述激光靶标（4)底部还依次设置有Y方向移动机构（3)和X方向移动机 构（2)，所述CCD摄像头（5)与数据处理单元（6)、无线发射模块（7)和天线（8)依次连接。2. 根据权利要求1所述的一种光电式滑坡体动态在线监测一体机，其特征在于，所述Y 方向移动机构（3)和X方向移动机构（2)设置移动方向夹角呈90度。3. 根据权利要求1所述的一种光电式滑坡体动态在线监测一体机，其特征在于，所述 数据处理单元（6)包括与(XD摄像头（5)连接的CPU处理器，所述CPU处理器又分别连接有 X方向驱动模块、Y方向驱动模块，所述X方向驱动模块与X方向步进电机连接，所述Y方向 驱动模块与Y方向步进电机连接，所述X方向步进电机和Y方向步进电机均连接至CCD摄 像头（5)。4. 一种光电式滑坡体动态在线监测一体机的监测方法，其特征在于，具体按照以下步 骤实施： 步骤1、当CCD摄像头5接收到光斑信号，CPU处理器将图像首先进行中值滤波； 步骤2、将经过步骤1中值滤波后的信号进行二值化处理，实现将彩色图片处理为黑白 二值数据； 步骤3、计算光斑中心位置； 步骤4、根据所述步骤3得到的光斑中心位置，X方向驱动模块、Y方向驱动模块发生位 移； 步骤5、当所述步骤4X方向驱动模块、Y方向驱动模块发生位移后，CCD摄像头5位置 改变，使光斑再次聚焦中心位置，同时计算得到滑坡位移。5. 根据权利要求4所述的一种光电式滑坡体动态在线监测一体机的监测方法，其特征 在于，所述步骤1中中值滤波具体按照以下步骤实施： 步骤（1. 1)、选取图像中5*5的区域，将25个像素点应用起泡法排序； 步骤（1. 2)、将所述步骤（1. 1)得到的中间值作为图像区域中心点的值。6. 根据权利要求4所述的一种光电式滑坡体动态在线监测一体机的监测方法，其特征 在于，所述步骤2中二值化处理具体为： 选取二值化阈值为128,当像素点灰度大于等于128时，其值定为0,当像素点灰度小于 128时，其值定为255,从而将整个图像变为黑白色。7. 根据权利要求4所述的一种光电式滑坡体动态在线监测一体机的监测方法，其特征 在于，所述步骤3采用重心法计算光斑中心位置，具体为： 步骤（3. 1)、首先将每个像素点的灰度值乘以该像素点的横坐标值，得到计算结果A(al，a2,a3，…，aN)，其中N表示像素点的个数； 步骤（3. 2)、将所述步骤（3. 1)得到的A(al，a2,a3，…，aN)求和，得到计算结果B; 步骤（3.3)、将所述步骤（3. 1)得到的结果B除以N个像素点的灰度值之和，得到光斑 中心位置的横坐标X; 步骤（3. 4)、依据步骤（3. 1)~（3.4)同理得到光斑中心位置的纵坐标y，至此得到光 斑的中心位置坐标（X，y)。8.根据权利要求4所述的一种光电式滑坡体动态在线监测一体机的监测方法，其特征 在于，所述步骤4具体为： 步骤（4. 1)、当山体发生滑坡时，由于激光发射器1位置不变，则激光发射位置不变，靶 标随山体移动，从而导致光斑在靶标位置相应移动，当光斑移动超出设定的阈值时，根据步 骤3计算得到的光斑中心位置坐标（X，y)，根据以下公式计算光斑移动位置：其中，X(]是横向移动数据，yc是纵向移动数据，I(X，y)为每个坐标点的灰度值； 步骤（4. 2)、当所述步骤（4. 1)计算出光斑中心位置的偏移距离后，数据处理单元把数 据^通过串口发送给X方向驱动模块，同时将数据yc通过串口发送给Y方向驱动模块； 步骤（4. 3)、X方向驱动模块将数据X。取反口，驱动步进电机走xO距离；Y方向驱动模 块将数据％取反后，驱动步进电机走yc距离，使得光斑处于靶标中心位置； 步骤（4.4)、由于相邻两个像素中心间距为0. 1mm，所以得到X方向滑坡距离为 0· 1*χ〇πιπι，y方向滑坡距离为0· 1巧。臟。
【专利摘要】本发明公开了一种光电式滑坡体动态在线监测一体机，包括两套监测系统，两套监测系统之间呈90度交叉设置，分别监测滑坡体滑动位移变化情况，每套监测系统均包括有激光发射器，与激光发射器处于同一水平位置处依次设置有激光靶标和CCD摄像头，激光靶标底部还依次设置有Y方向移动机构和X方向移动机构，Y方向移动机构和X方向移动机构设置移动方向夹角呈90度，CCD摄像头与数据处理单元、无线发射模块和天线依次连接，数据处理单元包括与CCD摄像头连接的CPU处理器，本发明还公开了一种光电式滑坡体动态在线监测一体机的监测方法，本发明解决了现有技术中存在的滑坡体绝对位移监测中测量精度较低，测量周期长，设备较为昂贵的问题。
【IPC分类】G01B11/02
【公开号】CN105387811
【申请号】CN201510696030
【发明人】范立民, 贺卫中, 李博, 刘海南
【申请人】陕西省地质环境监测总站, 西安捷达测控有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月21日