一种基于图像处理的裂缝测量设备及测量方法与流程

本发明涉及建筑施工检测技术领域，特别涉及一种基于图像处理的裂缝测量设备及测量方法。

背景技术：

混凝土被广泛用于土木工程结构构件中，然而混凝土裂缝的存在却随处可见，它对建筑物的安全性、耐久性有着至关重要的影响。混凝土裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。一般情况下，微观裂缝对结构本身无大碍。混凝土宏观裂缝即通常所说的混凝土裂缝，其宽度若超出规范对裂缝控制的计算范围，则可被视为有害裂缝，会给结构物带来安全隐患，可能导致安全事故发生，对结构强度、耐久性和使用功能造成不利的影响。混凝土结构的裂缝监测一直受到国内外研究机构和学者的广泛关注。

目前裂缝监测方法主要有以下几种方法：第一，直接通过尺子对裂缝宽度进行测量；第二，采用照像技术进行观测。第三，采用振弦式裂缝计进行监测。

采用尺子直接对裂缝宽度进行测量。这是最为直接获取裂缝宽度的方式，但这种监测方法往往精度不高，监测人员工作强度较大，而且裂缝往往出现在人为难以操作到的位置，监测人员监测过程中存在一定的安全风险。

采用摄像技术对裂缝宽度进行监测。通过在远端架设高分辨率照相机对裂缝位置进行拍摄，通过对照片进行分析，大致估算出裂缝宽度、深度、走势等信息。但这种方式现场工作量降低很多，但是后期需要对图像进行重新比对，裂缝情况也是估算值，精度难以达到要求。

采用振弦式裂缝计进行监测。当被测结构物发生变形时将会引起缝隙的变化，通过前、后端传递给振弦，使其产生应力变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物缝隙的变化量。

目前对混凝土结构裂缝开展的监测方法，其缺点主要表现在：其一，相关仪器费用昂贵，不经济，同时需要人工操作，仪器装置操作较为复杂，有时结构较难检测部分裂缝开展检测有一定的难度；其二，人工观测混凝土结构裂缝有一定的误差，包括操作仪器读数等方面随机性大，检测数据准确性不高，而且不能对混凝土结构裂缝开展位置和不同位置开裂宽度随时间或荷载的变化情况进行系统的检测；其三，使用摄像技术对裂缝宽度进行监测时，环境光线对监测精度干扰很大。

因此，本领域技术人员致力于开发一种结构简单、操作方便、受环境影响较小的混凝土裂缝测量设备及测量方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于图像处理的裂缝测量设备及测量方法，以解决现有裂缝检测技术人工参与过多、误差较大、监测数据受环境影响较大的问题，通过设置固定支脚和连接刻度尺的活动连杆，可以方便的将裂缝宽度的变化反映到刻度尺的变化上，再通过遮光筒、光源和摄像头，可以有效避免环境光对检测的干扰和影响。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于图像处理的裂缝测量设备，包括至少两个固定支脚、一遮光筒、一活动连杆、一刻度尺、一摄像头以及一光源，两个所述固定支脚分别固定于所述裂缝的两侧，一个所述固定支脚固定连接于所述遮光筒的一端，另一个所述固定支脚与所述活动连杆的一端固定连接，所述活动连杆的另一端与所述遮光筒活动连接，所述刻度尺设置于所述遮光筒内并与所述活动连杆的另一端固定连接，所述摄像头和所述光源固定于所述遮光筒内，并对准所述刻度尺的刻度。

可选的，在所述的基于图像处理的裂缝测量设备中，所述光源为环形光源，所述摄像头设置于所述环形光源的中空部分。

可选的，所述的基于图像处理的裂缝测量设备还包括一摄像固定筒，所述摄像固定筒的一端固定在所述遮光筒的内壁上，所述环形光源设置于所述摄像固定筒的另一端，所述摄像头固定于所述摄像固定筒内。

可选的，在所述的基于图像处理的裂缝测量设备中，所述刻度尺上的刻度为二维码或者码盘刻度。

可选的，在所述的基于图像处理的裂缝测量设备中，每个所述二维码或者码盘刻度占据1mm的间距。

可选的，所述的基于图像处理的裂缝测量设备还包括一托架，所述刻度尺贯穿所述托架并能自由移动，所述托架设置于远离所述活动连杆的所述刻度尺的一端。

可选的，所述的基于图像处理的裂缝测量设备还包括一数据采集终端和一协调器，所述协调器通过所述数据采集终端与所述摄像头连接。

此外，本发明还提供一种利用所述基于图像处理的裂缝测量设备的测量方法，包括：

步骤一：将两个所述固定支脚固定在所述裂缝的两侧；

步骤二：通过所述摄像头读取所述刻度尺的原始裂缝宽度a0；

步骤三：经过预定时间后，通过所述摄像头读取所述刻度尺在预定时间后的裂缝宽度an，则预定时间内所述裂缝的发展裂缝为an-a0；

其中，a0是裂缝的原始宽度；an是裂缝经过预定时间后宽度。

可选的，在利用所述基于图像处理的裂缝测量设备的测量方法中，通过所述摄像头读取刻度的过程包括：首先，通过所述摄像头读取所述刻度尺上对应的所述二维码或者码盘刻度的图像；然后，通过所述数据采集终端将图像数据转化为裂缝宽度数据a；然后，将所述宽度数据a经所述协调器远程传输至服务器；其中，a为裂缝的宽度数据。

可选的，在利用所述基于图像处理的裂缝测量设备的测量方法中，在所述摄像头读取刻度前，打开所述光源，在所述摄像头读取刻度后，关闭所述光源。

采用本发明所提供的一种基于图像处理的裂缝测量设备及测量方法，至少具有以下有益技术效果：

1、通过摄像头读取刻度尺数据，避免直接对裂缝区域进行拍摄，提高了测量精度。

2、将刻度尺、摄像头和光源封装在遮光内部，可以避免外界光照强度不同对监测数据的干扰，同时还可以起到防水、防潮提高摄像头的使用寿命的效果。

3、通过算法将图像数据转化为裂缝宽度数据。不需要人为对照图像分析，将拍摄尺子图像转化为数字数据，降低了监测人员的工作强度。

4、通过数据采集终端和协调器将裂缝宽度数据传输到服务器处理并保存，这能够使现场技术人员实时了解裂缝发展的情况，方便采取应对措施。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于图像处理的裂缝测量设备结构示意图；

图2为本发明一实施例中的光源和摄像头的正视图；

图3为图1中A部分的局部放大图；

图4为本发明一实施例中刻度尺的结构示意图。

附图标记：100-基于图像处理的裂缝测量设；1-固定支脚；2-遮光筒；3-活动连杆；4-刻度尺；5-摄像头；6-光源；61-环形PCB板；62-LED灯泡；7-裂缝；8-摄像固定筒；9-托架；10-另一托架；11-数据采集终端；12-协调器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于图像处理的裂缝测量设备及测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为本发明一实施例的基于图像处理的裂缝测量设备100，包括至少两个固定支脚1、一遮光筒2、一活动连杆3、一刻度尺4、一摄像头5以及一光源6，两个固定支脚1分别固定于裂缝7的两侧，一个固定支脚1固定连接于遮光筒2的一端，另一个固定支脚1与活动连杆3的一端固定连接，活动连杆3的另一端与遮光筒2活动连接，刻度尺4设置于遮光筒2内并与活动连杆3的另一端固定连接，摄像头5和光源6固定于遮光筒2内，并对准刻度尺4的刻度。

两个固定支脚1将裂缝测量设备100固定在裂缝7的两侧，当裂缝继续发展时，固定支脚1通过活动连杆3将刻度尺4拉远，摄像头5通过读取不同时间刻度尺4的刻度，能够反映出刻度尺4因为裂缝发展而拉远的距离，从而反映出裂缝发展的宽度。同时因为设置了遮光筒2和光源6，使得摄像头5的摄像环境始终处于且仅处于光源6的照射下，避免了环境光线对摄像精度的影响。

如图2所示，为了进一步优化摄像环境，优选的，光源6可以选择环形光源，具体来说，可以在环形PCB板61上设置若干个小功率的LED灯泡62，为摄像头5提供稳定的照射光源，摄像头5可以设置于环形光源6的中空部分。

如图3所示，为了保证光源6和摄像头5的稳定性，可以设置一摄像固定筒8，摄像固定筒8的一端固定在遮光筒2的内壁上，环形光源6设置于摄像固定筒8的另一端，摄像头5固定于摄像固定筒8内。

对于一般的刻度尺来说，不会每个刻度上显示具体读数，需要借助某一个刻度的前后读数才能推算这一刻度的具体读数，但是对于摄像头来说，需要前后移动摄像头才能看出某一刻度前后读数，这对测量设备来说非常不方便，而且也需要借助人工才能完成。为此，发明人将刻度尺的刻度图像化。如图4所示，在本发明一实施例的刻度尺4上的刻度为二维码或者码盘刻度，每个二维码或者码盘代表一个确定的数字。为了提高摄像头5的识别度，通常二维码和码盘都采用黑白两种颜色。可以根据事先预定的规则，不同码盘的图案代表不同的刻度数据，如图4中所示的四个码盘分别代表9mm，10mm，11mm，12mm以及13mm。为了确保测量精度，每个二维码或者码盘刻度占据1mm的间距。

继续参考图1，为了确保刻度尺4的稳定性，可以在遮光筒2上设置托架9，刻度尺4贯穿托架9并能自由移动，托架9设置于远离活动连杆3的刻度尺4的一端。在有些裂缝发展极端的案例中，刻度尺4有可能会被拉远以致于脱离托架9的支撑，为了避免这种情况出现，还可以增设另一托架10，另一托架10设置于靠近活动连杆3的刻度尺4的一端。

通常，图像所包含的信息量远远大于裂缝宽度所包含的信息量，不管从存储或是传输角度考虑，图像信息都不如数据信息更加方便。因此，可以通过算法，将刻度图像中将冗余信息去除，只保留我们所需要的裂缝宽度数据。继续参考图1，为此可以在裂缝测量设备100中增设一数据采集终端11，通过数据采集终端11接受摄像头5所采集的刻度图像信息，并按照事先编入的算法将刻度图像信息转化为裂缝宽度的数据信息。为了方便数据信息的传输，可以在裂缝测量设备100中再增设一协调器12，协调器12通过数据采集终端11与摄像头5连接。协调器12将裂缝数据传输到服务器，具体来说，采用现场局域网传输与远程数据传输两种方式相结合。现场采用ZigBee技术，远程传输采用GPRS技术，各个数据采集终端11将采集到的数据汇聚到协调器12，再由协调器12将数据转发GPRS模块，数据经由GSM网络到达服务器，这样就可以在服务器上进行必要的数据处理，用户通过B/S架构系统就可以方便的查看各个裂缝的宽度数据。

此外，结合图1-图4，本发明还提供一种利用基于图像处理的裂缝测量设备100的测量方法，包括：

步骤一：将两个固定支脚1固定在裂缝7的两侧；

在建筑施工过程中，特别是在山体、桥梁以及一些大型建筑的施工中，通常需要对有些关键位置进行裂缝监控。具体来说，在施工监控中，先确定需要裂缝监控的监控点，然后在各个监控点上，将裂缝测量设备100的两个固定支脚1分别固定在主要监控的裂缝7的两侧，使得裂缝测量设备100横跨在裂缝7上，当裂缝7发展时，裂缝测量设备100被同步的拉伸，因此可以通过测量设备100的长度测量即可直观反映裂缝7的发展情况。

步骤二：通过摄像头5读取刻度尺4的原始裂缝宽度a0；

具体来说，首先，通过摄像头5读取刻度尺4上对应的二维码或者码盘刻度的图像；然后，通过数据采集终端11利用算法将图像数据转化为裂缝7的宽度数据a；然后，将宽度数据a经协调器12远程传输至服务器；其中，a为裂缝的宽度数据，而a0为裂缝测量设备100刚开始被架设在裂缝7上时的裂缝宽度。

步骤三：经过预定时间后，通过摄像头5读取刻度尺4在预定时间后的裂缝宽度an，则预定时间内裂缝7的发展裂缝为an-a0；其中，a0是裂缝的原始宽度；an是裂缝经过预定时间后宽度。

利用与步骤二相同的办法，可以读出裂缝7经过预定时间后，裂缝发展后的裂缝宽度an，经过计算，可以在预定时间内裂缝7的发展裂缝为an-a0。

通常，摄像头5是按照设定的间隔时间进行读取动作的，为了节约光源6的用电量，光源6并不需要常开，优化的设置是：在摄像头5读取刻度前，打开光源6，在摄像头5读取刻度后，关闭光源6。

综上所述，利用本发明提供的基于图像处理的裂缝测量设备及测量方法，通过设置固定支脚和连接刻度尺的活动连杆，可以方便的将裂缝宽度的变化反映到刻度尺的变化上，再通过遮光筒、光源和摄像头，可以有效避免环境光对检测的干扰和影响。能够实时、方便、准确的了解裂缝宽度信息，为问题部位的处理赢得时间，此外还可以减少监测人员的参与程度，从而达到在较低监测成本的前提下确保质量、保障安全的目的。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。