基于图像的位移自动读取装置的制作方法

专利名称：基于图像的位移自动读取装置的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种位移自动读取装置，特别是一种适合各种桥梁、堤坝等建筑的形变、位移测量的基于图像的位移自动读取装置。
二背景技术：
重要建筑设施形变、位移、振动的监测是管理和生产部门极为关心的问题，特别是各类桥梁桥身随载荷变化动态上下移动的情况，更是设计者和管理者需要掌握的资料。常规的检测方式是用水准仪和标尺作为测量工具，以静态配重和人工测量进行数据纪录；这种方法在测量时，需要配重车队，关闭交通，同时还要受天气、时间的影响，只能定点定时进行，代价高，精度有限，无法得到动态连续数据。现有技术中还有一种利用差分GPS技术进行监测的方法，它主要是利用全球定位系统的差分高精度测量方式，通过GPS实时监测传感器的位置变化而求得。该方法可以部分解决上述问题，但高精度的差分GPS系统成本相当昂贵，而且纵向高程测量精度远低于水平位移精度，误差大于2-5厘米，而且动态测量精度有限，因此该测量方法在目前情况下还不能完全满足要求。
三
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可动态、实时、连续、长期对被检测建筑设施进行监测，是测量精度高、操作简便的基于图像的位移自动读取装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。基于图像的位移自动读取装置，它是由探测和处理两部分组成。其特征在于探测部分是由带标记的平板靶面和CCD摄像机构成，处理部分是一台具有图像采集设施的计算机；平板靶面上设置有不同于靶面底色的靶心和形状标记。平板靶面安装于待测位置，CCD摄像机安装于固定装置上，平板靶面与CCD摄像机的安装位置可互换；CCD摄像机与具有图像采集设施的计算机相连。在上述结构中，平板靶面上的靶心和标记可为不同于底色的各种醒目形状标记，也可为发光装置，还可为上述形状的孔类标记、或为上述方式的组合。标记的排列形式可经靶心单向排列，也可以以靶心为中心环状排列，测试时，靶面上的标记可作为摄像机标定的参考标记。
本实用新型是根据图像处理原理设计而成，实际应用时，先将CCD摄像机和平板靶面分别安装于固定装置和待测位置上，CCD摄像机和平板靶面的具体安装位置可根据需要任意交换。在设备安装就位后，首先进行参数初始化，采集靶面的靶心和标定参考标记，用以确定标定参数，然后采集靶面图像，检测出靶心位置p0(x0，y0)作为检测参考，当被测物体由于载荷改变或结构改变，发生形变和位移时，位于待测位置上的平板靶面就会随之变化，而安装于固定装置上的CCD摄像机就会不断地采集到变化的靶心pi(xi，yi)，的图像，送入计算机，最后由计算机通过检测图像中靶心的位移，根据公式di=k(pi)×distance(p0,pi)]]>=k(xi,yi)×(xi-x0)2+(yi-y0)2]]>(其中，k为标定系数函数，di为检测位移计算出被测物体的位移)计算出当前靶心相对于初始参考靶心位置p0的位移量。
本实用新型与现有技术相比其显著的优点是，结构简单，安装方便，在该结构配置中，通过合理选择摄像机的分辨率，设置采样时间间隔，就可达到毫米级的高精度监测；同时具有适应性强，不受天气和时间的影响，可全天候适用横向、纵向等各个方向检测，而且可动态、实时、连续、长期的进行检测。可广泛应用于各种桥梁、堤坝等建筑设施的形变和位移测量。
四

图1是本实用新型所述基于图像的位移自动读取装置的组成原理图。
图2是本实用新型所述基于图像的位移自动读取装置的系统安装示意图。
图3、图4是平板靶面上标记与靶心的两种排列示意图。
图5是该系统CCD摄像机标定时所采集的靶面及靶心图像形式示意图。
图6是该系统初始CCD摄像机所采集的初始靶面及靶心图像形式示意图。
图7是CCD摄像机采集的靶心位移后的图像示意图。
五、具体实施方案
以下结合附图，以检测桥梁为例，对本实用新型的具体结构作进一步详细说明。
参见图1，本实用新型所述的基于图像的位移自动读取装置是由平板靶面1、CCD摄像机2和具有图像采集功能的计算机3组成。平板靶面1和CCD摄像机2构成该装置的探测部分，具有图像采集功能的计算机3为该装置的处理部分。平板靶面1安装于待测位置，如两桥墩之间的桥梁侧面，CCD摄像机2安装于固定装置，如固定在桥墩之上适合的固定装置上，参见图2，CCD摄像机2与具有图像采集功能的计算机3连接。这种安装位置适合用于持久检测时仪器的安全和防盗。如要进行的是临时测量，则可将平板靶面1与CCD摄像机2的安装位置互换，测试完毕后，CCD摄像机2可随时拆卸带走。平板靶面1上设有经靶心4单向排列的标定参考标记5，见图3，标定参考标记5也可以以靶心4为中心环状排列，见图4，本例中，平板靶面1上的靶心4和标定参考标记5均采用发光二极管构成；参数标定时，接通所有电源使靶心4和标定参考标记5工作(发亮)；正常监测时，只需靶心4接通电源工作。如靶心4和标记5采用的是透光孔，则在平板靶面1的后面应设置可控光源。本实用新型实际应用时，首先进行参数初始化，采集靶面的靶心和标定参考标记，用以确定标定参数，见图5。然后采集靶面图像，检测出靶心位置p0(x0，y0)作为检测参考，见图6，由于载荷改变(或结构改变)，桥面会随之上下位移，而桥墩始终不动，使得CCD摄像机3成像中的靶心4发生移动，见图7。由于用CCD摄像机3不断地采集包含靶心4的图像，通过检测图像中靶心的位移就可计算出被测物体的位移。
权利要求1.一种基于图像的位移自动读取装置，它是由探测和处理两部分组成，其特征在于探测部分是由平板靶面[1]和CCD摄像机[2]构成，处理部分是一台具有图像采集功能的计算机[3]；平板靶面[1]上设置有不同于靶面底色的靶心[4]和形状标记[5]；平板靶面[1]安装于待测位置，CCD摄像机[2]安装于固定装置上，平板靶面[1]与CCD摄像机[2]的安装位置可互换；CCD摄像机[2]与具有图像采集设施的计算机[3]相连。
2.根据权利要求1所述的基于图像的位移自动读取装置，其特征在于上述形状标记[5]的排列形式是经靶心[4]单向排列。
3.根据权利要求1所述的基于图像的位移自动读取装置，其特征在于上述形状标记[5]的排列形式是以靶心[4]为中心环状排列。
4.根据权利要求1或2所述的基于图像的位移自动读取装置，其特征在于靶心[4]和形状标记[5]为发光装置。
5.根据权利要求3所述的基于图像的位移自动读取装置，其特征在于靶心[4]和形状标记[5]为发光装置。
6.根据权利要求1或2所述的基于图像的位移自动读取装置，其特征在于靶心[4]和形状标记[5]为透光孔。
7.根据权利要求3所述的基于图像的位移自动读取装置，其特征在于靶心[4]和形状标记[5]为透光孔。
专利摘要本实用新型公开了一种基于图像的位移自动读取装置。它是由探测和处理两部分组成。探测部分是由带标记的平板靶面和CCD摄像机构成，处理部分是一台具有图像采集设施的计算机；应用时，平板靶面安装于待测位置，CCD摄像机安装于固定装置上，平板靶面与CCD摄像机的安装位置可根据需要互换；本实用新型的特点是结构简单，安装方便，检测精度可达毫米级；同时具有适应性强，不受天气和时间的影响，可全天候适用横向、纵向等各个方向检测，而且可动态、实时、连续、长期的进行检测。可广泛应用于各种桥梁、堤坝等建筑物的形变和位移测量。
文档编号G06T1/00GK2634428SQ03259750
公开日2004年8月18日 申请日期2003年7月24日 优先权日2003年7月24日
发明者唐振民, 赵春霞, 任明武, 徐中宁 申请人:南京理工大学