专利名称：自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电测量技术，具体涉及一种自标定、自编码成像法多点动态挠度/位移测量方法及装置。
背景技术：
桥梁等建筑结构的梁在自重、荷载作用下的垂向和侧向变形称为挠度；而桥塔在拉索和风载荷等作用下产生的侧向变形称为位移，一般用塔顶相对塔基的位移表示，下面统称为位移。位移直接反映结构的施工质量、承载能力、健康情况，因而在桥梁的设计、施工质量控制、竣工验收、剩余寿命评估等各环节中，有严格的规定。故在桥梁等建筑结构施工过程、竣工验收、服役期，对挠度、位移等变形参数进行监测，对于掌握其施工质量、了解其健康状况、实现事故早期报警，意义重大。传统的桥梁位移测量基本上都是在桥梁竣工验收时、或已察觉到明显的险情后，才用仪器进行一次性人工测量。近年来随着桥梁长期健康监测技术的发展，基于光电测量方法的长期、自动测量桥梁位移测量技术得到较快的发展。光电测量法是一种非接触测量方法，它主要有基于成像原理与基于光射线原理的两大类。
图1所示是基于成像原理一种最为典型的光电测量法。它将一发光靶标固定在桥面或桥塔顶部某被测点上，在桥墩或桥外地面上的测量基准位置固定光电摄像系统，并通过光电摄像系统的成像透镜将发光靶标成像在其探测器(图中3-1、3-2分别代表成像透镜和探测器)上的x1点。当被测点产生位移d时，发光靶标将随桥面的位移d移动到位置2’，相应地其在探测器上的成像位置亦移动到x2，用摄像机摄下靶标变化前后的两幅图像，并可根据光学透镜的成像的物象关系求出成象倍率A，利用A及两幅图像上靶标位置的变化量x1-x2，用计算机算出位移d＝A(x1-x2)。
这种系统在实际使用当中存在几个如下问题1.由于成像透镜将实际位移d缩小成像，需要知道准确知道物距才能得到位移d和像的准确关系；而实际工程实施中通常根据现场施工条件确定靶标的安装位置，往往与设计安装位置有一定出入，很难准确测到靶标物距，因而不能准确得到位移d和像的关系，进而影响测量的准确性。
2.靶标通常采用十字型光标或是普通的灯泡等点光源，靶标本身没有确定的编码特征，因而在测量中只能是一对一的测量，无法利用一个摄像机拍摄和测量多个靶标，这大大的增加了测量成本。
3.在需要全桥动态位移测量的时候，要用计算机控制摄多个摄像机同步工作，控制复杂，数据传输和处理量极大，通常要采用非常高速的专用图像处理用计算机才能应付，使桥梁动态位挠度/位移测量系统的成本非常昂贵。
这些问题使原有的成象测量方法存在缺陷，严重制约其在桥梁的实时、全天候、动态位移监测的应用。
发明内容
本发明的目的正是为了避免上述已有技术的不足，而设计的一种能准确测量多个被测点的自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量方法及装置。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，包括安装在被测目标上的靶标、光电摄像系统及计算机，其靶标为两个具有规则形状、相互间隔一定距离的光源。
所述的光源为黄色线光源，该线光源安装在一个灯箱的表面上，该表面为黑色粗糙表面；在每一线光源的上下各安装一黑色金属保护片，线光源的电源和电路密闭安装在灯箱内。
一种自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量方法，该方法包括下列步骤1)开启靶标；2)光电摄像系统拍摄靶标的图像并将图像传送到计算机作图像处理，计算出光电摄像系统的探测器上两个线光源图像的中心距h和两线光源中心点o坐标；3)根据A＝H/h，自动标定出该靶标的位置的成像倍率。其中A为成像倍率，H为两线光源的距离；4)当被测目标产生位移d时，靶标随之位移向下移动d到位置2’，光电摄像系统再次拍摄靶标的图像并将图像传送到计算机作图像处理，计算出位移后两个线光源图像的中心点o’坐标，o到o’的距离d’；5)用d’乘上成像倍率A，即得到被测点的实际位移d。
当为多个被测目标时，其步骤为1)在前述步骤1)后重复2)、3)两步骤获得多个靶标的图像，并计算出各个靶标的hi和Ai；2)重复步骤4)获得各个靶标的di’；3)重复步骤5)即得到各被测点的实际位移di。
本发明的优点是1、实现了成像倍率A的自标定，测量中无需准确知道靶标的安装位置，既降低了安装施工要求，又提高了系统的测量精度。
2、利用不同安装位置靶标成像的线间距hi′不同的特点，实现对靶标的编码，使系统能够一个摄像机对多个靶标的复用测量，降低系统成本。
3、由于实现了一个摄像机对多个靶标的复用测量，动态测量时简化摄像机的控制，避免了原有的多摄像机同时测量和处理，降低了图像数据传输和处理量，使动态测量的成本大大减小。
4、将光源采用线光源图形，在数字图像处理中通常可以当作一维的线来处理，定位准确，运算速度快，有利于提高运算速度。
即本发明具有成像倍率自标定、靶标自编码、动态测量简单的等优点。
图1为现行光电成像示意图；图2为本发明中用靶标实现自标定和自编码原理图；图3为本发明一种实施方案的结构图，图4为本发明一种实施方案的靶标结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述参见附图3，自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，包括安装在被测目标2上的靶标1、光电摄像系统3及计算机4，该靶标1为两个具有规则形状、相互间隔一定距离的光源。该光源设计为线光源，数字图像处理中通常可以当作一维的线来处理，定位准确，运算速度快，有利于提高运算速度。由于黄色光源在雾天透过能力很强，因此将光源设计为黄色线光源。
参见图4，所述的线光源安装在一个灯箱6的表面上，该表面为黑色粗糙表面，以增强光源和背景的对比度，反射很小，以适应晴天有阳光照射的工作环境。在每一线光源的上下各安装一黑色金属保护片7，在运输和安装过程中保护光源不被损坏，同时起到光阑的作用，使线光源在成像时图像清晰，没有光晕。线光源的电源和电路5密闭安装在灯箱6内，以避免灰尘和水汽的影响。
利用上述自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置的测量方法，该方法包括下列步骤1)开启靶标；2)光电摄像系统拍摄靶标的图像并将图像传送到计算机作图像处理，计算出光电摄像系统的探测器上两个线光源图像的中心距h和两线光源中心点o坐标；3)根据A＝H/h，自动标定出该靶标的位置的成像倍率。其中A为成像倍率，H为两线光源的距离；这样无需知道靶标的安装位置(物距)，就可以自动标定成像倍率A；4)当被测目标产生位移d时，靶标随之位移向下移动d到位置2’，光电摄像系统再次拍摄靶标的图像并将图像传送到计算机作图像处理，计算出位移后两个线光源图像的中心点o’坐标，o到o’的距离d’；
5)用d’乘上成像倍率A，即得到被测点的实际位移d。
当被测目标为多个时，每个靶标的图像中光源像具有不同的距离hi。图2所示为两个靶标的情形，如果在一个摄像机视场中出现两个靶标，两个靶标成像后光源像的距离hi(图中是h1和h2)不同，可以用它来区分不同的靶标。也就是说hi成了各个靶标的天然编码信息，这样就实现了靶标的自编码；从而可以利用一个摄像机拍摄多个靶标进行测量，大大降低测量系统成本；并简化了测量的控制，减少了数据传输和处理负担，使动态测量成为可能。
被测目标为多个时的具体实现方法为1)单个被测目标的测量方法的步骤1)后重复2)、3)两步骤获得多个靶标的图像，并计算出各个靶标的hi和Ai；2)重复步骤4)获得各个靶标的di’；3)重复步骤5)即得到各被测点的实际位移di。
尽管本发明主要针对桥梁位移测量而设计，然而本发明的应用并不限于桥梁的位移测量，可以推广应用到高楼，高塔等其他大型建筑结构的位移测量中。
权利要求
1.一种自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，包括安装在被测目标(2)上的靶标(1)、光电摄像系统(3)及计算机(4)，其特征在于靶标(1)为两个具有规则形状、相互间隔一定距离的光源。
2.根据权利要求1所述的自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，其特征在于所述的光源为线光源。
3.根据权利要求1所述的自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，其特征在于所述的光源为黄色光源。
4.根据权利要求2或3所述的自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，其特征在于所述的线光源安装在一个灯箱(6)的表面上，该表面为黑色粗糙表面。
5.根据权利要求2或3所述的自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，其特征在于所述的每一线光源的上下各安装一黑色金属保护片(7)。
6.根据权利要求4所述的自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量装置，其特征在于所述的线光源的电源和电路(5)密闭安装在灯箱(6)内。
7.一种自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量方法，该方法包括下列步骤1)开启靶标；2)光电摄像系统拍摄靶标的图像并将图像传送到计算机作图像处理，计算出光电摄像系统的探测器上两个线光源图像的中心距h和两线光源中心点o坐标；3)根据A＝H/h，自动标定出该靶标的位置的成像倍率。其中A为成像倍率，H为两线光源的距离；4)当被测目标产生位移d时，靶标随之位移向下移动d到位置2’，光电摄像系统再次拍摄靶标的图像并将图像传送到计算机作图像处理，计算出位移后两个线光源图像的中心点o’坐标，o到o’的距离d’；5)用d’乘上成像倍率A，即得到被测点的实际位移d。
8.根据权利要求7所述的自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量方法，其特征在于1)在步骤1)后重复2)、3)两步骤获得多个靶标的图像，并计算出各个靶标的hi和Ai；2)重复步骤4)获得各个靶标的di’；3)重复步骤5)即得到各被测点的实际位移di。
全文摘要
本发明涉及一种自标定自编码成像法多点动态挠度/位移测量方法及装置。该装置包括安装在被测目标上的靶标、光电摄像系统及计算机，其靶标为两个具有规则形状、相互间隔一定距离的光源。本发明还涉及一种以该装置进行自标定、自编码成像法多点动态挠度/位移测量的方法。本发明的优点是实现成像倍率自标定、靶标自编码，动态测量简单。
文档编号G01B11/16GK1648601SQ20051002032
公开日2005年8月3日 申请日期2005年2月1日 优先权日2005年2月1日
发明者陈伟民, 朱永, 符欲梅, 黄尚廉 申请人:重庆大学