一种基于水准管气泡图像的倾斜监测方法与流程

本发明涉及图像智能识别检测与变形监测，具体涉及一种基于水准管气泡图像的倾斜监测方法。

背景技术：

1、随着时间的推移，由于各种原因，建(构)筑物可能会发生倾斜，这种倾斜可能会导致结构安全性降低，甚至对人员的生命安全造成威胁。因此，倾斜监测是变形监测技术领域中非常重要的组成部分，具体是指对建筑物、桥梁、基坑、坝体等工程结构以及矿井、隧道等地下工程进行长期、连续的倾斜变形测量的一种技术手段。倾斜监测的目的是及时发现结构或工程的倾斜变形情况，以便第一时间采取相应的措施确保结构或工程的安全运行。

2、传统的建筑物倾斜监测方法包括使用经纬仪、全站仪、水准仪、gnss接收机等测量仪器进行实地测量，精度不高且需要投入大量的人力和物力资源，监测周期较长。随着科技的发展，新型的倾斜监测设备如倾斜仪、测斜管、倾斜传感器等逐渐得到应用，具有自动化程度高、监测效率高、节省人力资源等优点，但这些倾斜监测传感器中的敏感电子元件大多存在温漂和时漂，易受环境干扰，使得测量结果不稳定或者精度达不到要求，而高精度的倾斜传感器成本高昂，不利于大规模的监测应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于水准管气泡图像的倾斜监测方法，提供一种成本低、高精度的倾斜监测方法。

2、本发明采用的技术方案是，一种基于水准管气泡图像的倾斜监测方法。

3、在第一种可实现方式中，一种基于水准管气泡图像的倾斜监测方法，包括：

4、获取初始水准管气泡图像；

5、根据初始水准管气泡图像进行初步筛选，获得第一刻度线集合；

6、根据第一刻度线集合对刻度线进行编码，获得刻度线编码；

7、将刻度线编码与预设刻度线编码进行对比和匹配，获得第二刻度线集合；

8、根据第二刻度线集合计算水准管零点位置；

9、对初始水准管气泡图像进行双侧模板匹配，计算气泡中心点位置；

10、根据零点位置和气泡中心点位置计算倾斜角度。

11、结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，获取初始水准管气泡图像，包括：

12、将水准泡调平底座水平设置于待测对象上，水准泡调平底座上设置有水准管，图像测量罩覆盖在水准泡调平底座上；通过图像测量罩对水准泡调平底座上的水准管进行实时拍摄，根据图像中水准管角点坐标和水准管的实际尺寸对图像进行正射变换，获得初始水准管气泡图像。

13、结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，根据初始水准管气泡图像进行初步筛选，获得第一刻度线集合，包括：

14、对初始水准管气泡图像进行预处理，获得第一气泡图像；

15、查找第一气泡图像中的所有轮廓线；

16、按照预设轮廓线范围对所有轮廓线进行筛选，获得第一刻度线集合。

17、结合第一种可实现方式，在第四种可实现方式中，根据第一刻度线集合对刻度线进行编码，获得刻度线编码，包括：

18、对第一刻度线集合中的所有刻度线按照位置先后进行排序，并获取刻度线位置坐标集合；

19、对刻度线位置坐标集合进行差分处理，获得刻度线的一阶差分集合；

20、从一阶差分集合中确定刻度线间距；

21、将刻度线间距与一阶差分集合中的一阶差分值进行比较，并根据比较结果剔除掉第一刻度线集合中的非刻度线；

22、按照各刻度线的长短分别对各刻度线设置第一编码；对各刻度线之间的间隔设置第二编码，按照各刻度线的位置关系对第一编码和第二编码进行排序，获得刻度线编码。

23、结合第一种可实现方式，在第五种可实现方式中，将刻度线编码与预设刻度线编码进行对比和匹配，获得第二刻度线集合，包括：

24、在预设的编码模板库内对刻度线编码进行匹配；

25、根据匹配到的编码模板确定刻度线编码对应的刻度线索引；

26、按照各刻度线索引将刻度线编码合并为刻度线完整编码；

27、将刻度线完整编码与预设的刻度线编码进行匹配，并将编码匹配一致的刻度线形成第二刻度线集合。

28、结合第一种可实现方式，在第六种可实现方式中，根据第二刻度线集合计算水准管零点位置，包括：

29、从第二刻度线集合中提取左右对称的两条刻度线；

30、将左右对称的两条刻度线的中心位置确定为零点位置。

31、结合第一种可实现方式，在第七种可实现方式中，对初始水准管气泡图像进行双侧模板匹配，计算气泡中心点位置，包括：

32、采用邻近像素加权替换法对第一气泡图像中的轮廓线进行替换处理，获得第二气泡图像；

33、将第二气泡图像分别与左侧气泡模板和右侧气泡模板进行匹配，获得左侧模板匹配结果和右侧模板匹配结果；

34、在左侧模板匹配结果和右侧模板匹配结果大于或等于预设匹配值的情况下，进行气泡位置匹配；

35、在气泡位置匹配一致的情况下，计算气泡中心点位置。

36、结合第七种可实现方式，在第八种可实现方式中，计算气泡中心点位置。

37、8.根据权利要求7的方法，其特征在于，进行气泡位置匹配，包括：

38、根据匹配到的左侧气泡模板获取气泡中心点位置；根据匹配到的右侧气泡模板获取气泡中心点位置；

39、根据左侧气泡模板获取的气泡中心点位置和右侧气泡模板获取的气泡中心点位置计算位置重合度；

40、在位置重合度处于预设误差范围的情况下，确定气泡位置匹配一致，反之则不一致。

41、结合第七种可实现方式，在第九种可实现方式中，计算气泡中心点位置，包括：

42、将左侧气泡模板获取的气泡中心点位置和右侧气泡模板获取的气泡中心点位置进行连线；

43、将连线的中点确定为最终的气泡中心点位置。

44、结合第七种可实现方式，在第九种可实现方式中，还包括：

45、在左侧模板匹配结果或右侧模板匹配结果小于预设匹配值的情况下，确定待测对象的倾斜角度超出水准管倾斜量程，并进行超量预警；

46、在左侧模板匹配结果和右侧模板匹配结果均小于预设匹配值的情况下，确定水准管气泡匹配失败，并进行测量失败预警。

47、结合第一种可实现方式，在第十一种可实现方式中，根据零点位置和气泡中心点位置计算倾斜角度，包括：

48、获取零点位置和气泡中心点位置之间的位置差；根据位置差和角度换算值获取预设方向上的倾斜角度；预设方向包括水平方向或垂直方向；根据预设方向上的倾斜角度获取最终的倾斜角度。

49、由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

50、1.通过对初始水准管气泡图像进行初步筛选，获得第一刻度线集合；然后利用刻度线间距对非刻度线进行剔除，再对得到的刻度线进行编码，并和预设的编码进行匹配，实现再次筛选，获得最终准确的刻度线位置，计算出水准管零点位置；再对初始水准管气泡图像进行双侧模板匹配，计算气泡中心点位置；最后根据零点位置和气泡中心点位置的差值获取倾斜变化角度。利用成本低廉的水准管，结合水准气泡对倾斜变化的高精度和高灵敏度反应的特点，对水准管气泡图像进行识别、检测并计算气泡倾斜角度，准确率高，从而提供了一种低成本、高精度的倾斜监测方法。

51、2.本方案通过对初始水准管气泡图像进行预处理，提取轮廓线的特征，便于筛选，然后按照预设轮廓线范围进行第一轮筛选，剔除掉不符合刻度线尺寸的线条；然后按照刻度线之间的间距进行第二轮筛选，剔除掉不符合间距的线条，再对得到的刻度线进行编码，并和预设的编码进行匹配，完成第三轮筛选，最终得到更加准确的刻度线集合。

52、3.第二刻度线集合理想情况下为所有完整齐全的刻度线，实际中由于上述外界环境的影响，得到的刻度线为不全的部分刻度线，本方案采用一种基于刻度线和间距编码匹配的方式进行缺失刻度线的恢复，创新性的解决和改进上述刻度线无法正确完整识别的问题。