基于数字图像相关技术的智能形变监测终端、系统及方法与流程

1.本发明涉及数字图像检测技术领域，具体涉及一种基于数字图像相关技术的智能形变监测终端、系统及方法。


背景技术：

2.高精度数字图像检测是一种基于计算机视觉原理、数字图像处理和数值计算的、非接触、非干涉、全场变形光学测量方法。以其非接触、高精度、方便快捷、平台扩展性强、与人工智能技术衔接良好等优势，在工程结构检测领域呈现出越来越广泛的应用前景。
3.请参阅图1，目前用于数字图像检测的系统由硬件设备(主要包括笔记本电脑、数字图像采集仪、光源等)及数字图像测量软件组成。在进行现场检测时，首先通过数字图像采集仪按照一定的采集频率对测试对象(试件)进行数字图像的采集，然后通过专用数据线实时传送给笔记本电脑，由专业的基于dic技术的数字图像测量软件对采集到的图像进行分析得到测试对象(试件)上的靶点(测点或目标点)不同时间点的形变或位移信息(即时程曲线)。
4.为了将数字图像检测技术应用于长期监测，采用物联网技术实现数字图像的远程传输，将数字图像采集仪采集到的图像上传到云端，应用云计算技术，在云平台端实现靶点形变或位移计算。
5.虽大幅减小了现场设备的硬件成本开销，但仍然存在以下缺点：
6.(1)带宽压力大：由于摄像头采集像素高，通常会大于500万，单张图片文件即使压缩也会接近1m，有的甚至达到3m以上，当采集摄像头数量达到一定数量(如几千)时，即使采集频率不高，需要的网络带宽也相当大；
7.(2)计算压力大：当接入的数字图像采集仪数量较多时，上传到云端的图片数量增多，采用云平台集中进行分析计算，将导致计算压力大；
8.(3)接收图片异常：目前数字图像采集仪只支持ftp方式上传，在网络不好，或者处于上传竞争状态下，图像偶尔会出现接入不完整的情况；
9.(4)运营成本高：上传云端的图片数量多，耗费的流量多，对网络带宽、云平台的存储容量及运算性能等要求增加，从而导致正常运营成本增加；
10.(5)实时性比较差：数字图像采集仪采集图片后需要通过3g/4g等网络上传到云平台，再由云平台在后台进行分析计算得到靶点的形变或位移，整个过程需要10几秒到几十秒不等(与现场的网络情况及云平台的运算性能相关)；
11.工程实施设置测点不方便：既要有实施人员在现场设置测点和标定尺，又要有维护人员登录云平台进行远程标定。


技术实现要素：

12.为此，本发明实施例提供一种基于数字图像相关技术的智能形变监测终端、系统及方法，以解决现有技术存在的带宽和计算压力大、接收图片异常、运营成本高、实时性比
较差和工程实施设置测点不方便的问题。
13.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
14.第一方面，一种基于数字图像相关技术的智能形变监测终端，包括中央控制单元、图像采集模块、图像处理模块、dic计算模块、缓存模块、电源管理模块和报警模块，所述图像采集模块、所述图像处理模块、所述dic计算模块、所述缓存模块、所述电源管理模块和所述报警模块均与所述中央控制单元电连接；
15.所述图像采集模块包含多个，多个所述图像采集模块分别用于采集测试对象图像；
16.所述图像处理模块，用于对多个所述图像采集模块采集到的图像进行处理并将处理完的图像存入所述缓存模块；
17.所述dic计算模块，用于对所述图像处理模块处理后的图像进行实时分析计算，得到测试对象上各测点的形变或位移；
18.所述缓存模块，用于循环保存若干张图像及形变或位移计算结果，当各测点的形变或位移超出范围时，将对应的图像发送到云平台进行保存；
19.所述报警模块，用于当各测点的形变或位移超出范围时，进行声光报警；
20.所述中央控制单元，用于判断各测点的形变或位移是否超出范围，若形变或位移超过一定范围，则启动所述报警模块触发现场报警设备报警，并将保存在所述缓存模块中相应的图像上传至云平台；若形变或位移正常，则切断所述图像采集模块的电源；
21.所述电源管理模块，用于给多个所述图像采集模块供电并控制多个所述图像采集模块的开启和关闭。
22.作为优选，所述图像采集模块为摄像头模组。
23.作为优选，所述中央控制单元为arm架构的最小化工控主板。
24.作为优选，所述缓存模块为flash缓存。
25.作为优选，还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述中央控制单元电连接，用于将图像或者分析计算结果上传至云平台。
26.作为优选，还包括gps模块，所述gps模块与所述中央控制单元电连接，用于获取gps信息。
27.作为优选，还包括wifi模块，所述wifi模块与所述中央控制单元电连接，用于建立与现场实施app之间的wifi连接。
28.作为优选，所述无线通讯模块、所述gps模块或所述wifi模块外接天线。
29.第二方面，一种基于数字图像相关技术的智能形变监测系统，包括基于数字图像相关技术的智能形变监测终端、云平台和现场实施app，所述形变监测终端通过无线通讯模块和wifi模块分别与所述云平台和所述现场实施app连接；
30.所述现场实施app用于获取所述形变监测终端采集到的图像，并设置各个参数，将各个参数传输至所述形变监测终端和所述云平台；
31.所述形变监测终端，用于从所述云平台获取图像采集参数并进行图像采集，将采集到的图像进行dic分析，得到测试对象上各测点的形变或位移，判断各测点的形变或位移是否超出范围，若形变或位移超过一定范围，则启动所述报警模块触发现场报警设备报警，并将保存的相应图像上传至所述云平台；若形变或位移正常，则将分析结果传输至所述云
电源管理模块；2-云平台；3-现场实施app；4-太阳能电池。
具体实施方式
51.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
52.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。
53.此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
54.请参阅图2，本发明实施例提供一种基于数字图像相关技术的智能形变监测终端，包括中央控制单元11、图像采集模块18、图像处理模块17、dic计算模块15、缓存模块10、电源管理模块19和报警模块16，图像采集模块18、图像处理模块17、dic计算模块15、缓存模块10、电源管理模块19和报警模块16均与中央控制单元11电连接；
55.图像采集模块18为包含多个，多个图像采集模块18分别用于采集测试对象图像；图像采集模块18为1～3摄像头模组，各采集单元的光轴位于同一个平面且相互平行、间距相等，可针对同一测试对象同时采集1～3张图像，然后进行拼接融合，以扩大视野(监测范围)；
56.图像处理模块17，用于对多个图像采集模块18采集到的图像进行拼接、融合并将处理完的图像存入缓存模块10；
57.dic计算模块15，dic分析算法固化到芯片中，用于对图像处理模块17处理后的图像进行实时分析计算，得到测试对象上各测点(靶点或目标点)的形变或位移；
58.缓存模块10是具有一定容量的flash缓存，用于循环保存若干张图像及形变或位移计算结果，当各测点的形变或位移超出范围时，将对应的图像发送到云平台2进行保存；
59.报警模块16，用于当各测点的形变或位移超出范围时，进行声光报警，以提醒附近人员采取措施，避免事故发生；
60.中央控制单元11，用于判断各测点的形变或位移是否超出范围，若形变或位移超过一定范围，则启动报警模块16触发现场报警设备报警，并将保存在缓存模块10中相应的图像上传至云平台2；若形变或位移正常，则切断图像采集模块18的电源；中央控制单元11使用arm架构的最小化工控主板，功能强大，功耗低，更加方便野外使用，使用太阳能电池供电的续航时间更长；
61.电源管理模块19，太阳能电池4通过电源管理模块19给多个图像采集模块18供电，电源管理模块19控制多个图像采集模块18的开启和关闭。
62.本发明实施例提供的基于数字图像相关技术的智能形变监测终端还包括无线通
讯模块12、gps模块13和wifi模块14，无线通讯模块12、gps模块13和wifi模块14与均与中央控制单元11电连接；无线通讯模块12用于将图像或者分析计算的结果上传到云平台2，支持3g/4g/5g全网通(支持中国电信、中国移动、中国联通三家运营商的六种移动通信制式)，可以根据当地的通信网络情况配置合适的sim卡或流量卡，从而达到最佳通信效果。gps模块13用于获得gps信息。wifi模块14用于建立与现场实施app之间的wifi连接。无线通讯模块12、gps模块及wifi模块14均可外接天线，以增强信号，适用性更强。
63.请参阅图3，本发明的实施例提供一种基于数字图像相关技术的智能形变监测系统，包括基于数字图像相关技术的智能形变监测终端1、云平台2和现场实施app3，形变监测终端1通过无线通讯模块12和wifi模块14分别与云平台2和现场实施app3连接；
64.现场实施app3用于获取形变监测终端1采集到的图像，并设置各个参数，将各个参数传输至形变监测终端1和云平台2；
65.形变监测终端1，用于从云平台2获取图像采集参数并进行图像采集，将采集到的图像进行dic分析，得到测试对象上各测点的形变或位移，判断各测点的形变或位移是否超出范围，若形变或位移超过一定范围，则启动报警模块16触发现场报警设备报警，并将保存的相应图像上传至云平台2；若形变或位移正常，则切断图像采集电源并将分析结果传输至云平台2；
66.云平台2，用于保存现场实施app3和形变监测终端1发送的各个数据，当测点形变或位移超过一定范围，发送报警信息至用户手机。
67.请参阅图4，本发明的实施例提供一种基于数字图像相关技术的智能形变监测系统现场调试方法，在现场安装靶标、标定尺、形变监测终端等，连接好各种连线，然后按照以下步骤进行调试：
68.s1：形变监测终端上电后，电源管理模块控制图像采集模块上电；
69.s2：现场实施app通过wifi热点与形变监测终端建立连接；
70.s3：图像采集模块(包括1～3个图像采集单元)采集图像，图像处理模块对采集到的多张图像进行拼接、融合等处理，并将处理完成的图像存入缓存；
71.s4：app从终端缓存中获取处理完成的图像，根据app上的图像对终端的俯仰角或水平角进行调整，确保靶标出现在图像内，且保证标定尺所在平面与图像采集模块的光轴呈一定夹角，调整完成后固定形变监测终端；
72.s5：图像采集模块(包括1～3个图像采集单元)采集基准图像，图像处理模块对采集到的多张图像进行拼接、融合等处理，并将处理完成的基准图像存入缓存；
73.s6：app从终端缓存中获取处理完成的基准图像，在基准图像上设置多个靶点(测点)，并进行标定得到标定参数及标定平面，将测点信息及标定参数写入终端，同时上传到云端平台；
74.s7：使用app设置采样时间间隔、图像尺寸等采集参数，并将采集参数写入终端，同时上传到云端平台；
75.s8：调试完成后，终端进入休眠状态，定时器开始计。
76.请参阅图5，本发明的实施例提供一种基于数字图像相关技术的智能形变监测方法，当计时程序到达事先设置好的采集时刻时，终端被唤醒并自动连接到云端平台(服务器)。
77.s1：终端从云平台获取新的图像采集参数；
78.s2：终端控制图像采集模块的电源开启，图像采集模块采集图像，由图像处理模块对图像进行拼接、融合处理，同时通过gps模块获取gps信息，将处理后的图像及gps信息一并存入缓存；
79.s3：dic计算模块对处理后的图像进行dic分析，得到各测点的形变或位移的结果，存入缓存并上传到云端平台(服务器)；
80.s4：对形变或位移进行超限判断：
81.s5：如果某测点的形变或位移超过一定范围，则启动报警模块触发现场报警设备报警，并将保存在缓存中的相应的图像上传云端平台，云端平台发送报警信息到用户手机。
82.s6：如果各测点的形变或位移正常，则切断图像采集模块的电源，终端进入休眠状态，定时器开始计时。
83.循环执行s1～s6，实现实时在线监测。
84.本发明具有以下优势：
85.(1)计算更实时：无需从外部图像采集设备读取图片文件，直接从内置的图像采集模块取得图片数据后立即进行计算，所以在相同的芯片性能下，处理更快速；
86.(2)更低功耗：可以控制图像采集单元(摄像头模组)按需采集图片，降低功耗。
87.(3)视野(测试范围)更大：最多可内置三个摄像头模组并行工作，同时采集，然后采用融合算法进行图片拼接，形成更大视野(测试范围)。这样以原来总成本的1.5倍，将视野提高到原来的2.5倍左右。相比同类产品相同的监测面积，即减少了产品自身的成本，又降低了施工成本和难度。
88.(4)成本更低：将核心计算模块即dic算法固化到现有芯片(如海思等)中，充分利用现有芯片的计算能力进行结构形变分析，通过物联网技术，直接将形变结果上传到平台，进一步减少成本。
89.以上几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
90.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
91.上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。