一種視覺位移測量系統及其測量方法與流程

本發明屬于位移監測技術領域，具體涉及在建筑領域內對位移變化的測量系統。

背景技術：

隨著時間的推移，通常建筑物會悄無聲息的發生著位移的變化，為了更好的檢測建筑物的安全新性能，需要對位移的變化進行監測。現有的檢測方法一般采用位移傳感器在縱向或橫向上進行測量，通過多次測量進行人工計算比對得出位移變化量。但這樣容易造成測量數據的不準確。同時，現有的方法人工測量時，測量點不同，勢必也會造成前后的測量誤差。現有的機器視覺必須要用專用的工業相機，專用采集設備，價格較貴，接口復雜，只適合工業生產環境，很多工程現場并不具備安裝條件，所以在建筑領域應用受到局限。

技術實現要素：

本發明提供了一種視覺位移測量系統及其測量方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種視覺位移測量系統，包括，

用于對被測物體進行位置定位的參照板，設置于遠端基準上的激光器，用于采集參照板的信息的可移動采集設備；所述激光器發射的激光束置于所述參照板內；所述可移動采集設備包括一圖像采集鏡頭；

所述參照板表面設置有測量基準框、坐標方向標點及信息碼；所述基準框內分布有校準網格，所述信息碼為條形碼或二維碼，且所述信息碼中設置有相應的參照板規格數據及ID識別信息；

所述激光器及可移動采集設備均與服務器終端通過電信號連接。

優選地，所述可移動采集設備的第一信號輸出端與所述服務器的第一信號輸入端連接，所述服務器的第一信號輸出端與所述激光器的第一信號輸入端連接。

優選地，所述參照板在所述被測物體上至少設置有一個，所述激光器與所述參照板對應設置。

優選地，所述參照板設置有一固定底座或粘結端，所述參照板通過固定底座或粘結端固定于被測物體上。

優選地，所述的一種視覺位移測量系統的測量方法，包括如下步驟，

S1、可移動采集設備打開，對參照板上的信息進行采集；并將采集數據發送至服務器終端；所述信息包括測量基準框、坐標方向標及信息碼；

S2、服務器終端將接收到的信息進行分析處理，

S3、激光器打開，所述激光器將激光束發射于所述參照板的測量基準框內形成激光光斑；

所述激光器打開可以但不限于通過服務器終端進行無線打開或人工進行開啟；

S4、所述可移動采集設備掃描采集激光光斑，進行動態或靜態的實時圖像抓取，并進行圖像處理，將處理的數據信息傳輸至服務器終端；

S41、所述圖像處理包括對特征點的提取并處理，對處理后的圖片進行激光光斑的動態標定，分別確定X，Y方向上單個像素點代表的實際距離，根據激光光斑相對于所述測量基準框內的實際坐標位置；

S5、選取不同的時間段，重復S1-S4；

S6、將S4及S5中坐標位置進行分析比較，得出準確的位移變化值；并傳輸至服務器終端；

S7、所述服務器終端對接收到的數據信息進行儲存，并進行云服務器的同步。

優選地，所述S41中圖像處理為將采集到的斜視圖進行修正至正視圖像，具體包括如下步驟：

S411、將測量基準框的圖像對比度值作為清晰度驗證的依據，并剔除對焦不準、模糊抖動的圖像；

S412、根據測量基準框外框四邊及基準框內的相互垂直的中心線的圖像特征信息，將斜視圖像還原為正視圖像，同時，對圖像旋轉進行糾正，再根據參照板信息碼中測量基準框的實際尺寸的橫縱比修正圖像的橫縱比；

S413、根據校準網格線圖像特征，利用幾何校正法修正圖像扭曲的變形，同時分別對比所有橫向和縱向網格大小校正圖像魚眼誤差；

優選地，所述S4中所述激光光斑的動態標定包括如下步驟，先根據參照板中所述的坐標方向標點的圖像特征確定光斑坐標方向，根據參照板信息碼中得出測量基準框實際尺寸、校準網格線實際尺寸及標定系數進行動態標定。

本發明的有益效果體現在：整套系統造價低，節約了大量的成本；通過相對位移的變化測量可以更準確的測得被測物體的位移變化，準確度高，同時，相對現有的固定式測量，本發明可以通過多角度，多方向進行拍攝控制，測量使用范圍更廣。

附圖說明

圖1：本發明的系統結構示意圖，其中示意了參照板與激光器之間的關系。

圖2：參照板的結構示意圖，主要示意了參照板上各個信息的分布情況。

圖3：本系統的使用時各設備之間的結構示意圖。

圖4：本發明中激光束光斑形成原理結構示意圖。

圖5：本發明參照板位移的變化與形成光斑面積的關系結構示意圖。

圖6：本發明長距離測試時的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合實施例具體闡述本發明的技術方案，如圖1所示，本發明揭示了一種視覺位移測量系統，包括用于對被測物體2進行位置定位的參照板1，設置于遠端基準4上的激光器3，用于采集參照板1的信息的可移動采集設備（圖中未示意）；所述激光器3發射的激光束5置于所述參照板內；所述可移動采集設備包括一圖像采集鏡頭。

其中，所述參照板1材質不限，尺寸不限，只要能清晰、準確顯示圖形即可。結合圖2所示，所述參照板表面設置有測量基準框11、坐標方向標點14及信息碼15；只要采集設備能夠識別，這些圖形分布位置可任意設置；所述基準框11內分布有校準網格13，所述信息碼15為條形碼或二維碼，且所述信息碼15中設置有相應的參照板規格數據及ID識別信息；所述激光器及可移動采集設備均與服務器終端通過電信號連接。參照板1下部有安裝座16，方便穩固地安裝在被測物體2上，參照板安裝方式任意，可以是能夠折疊拆卸的，可以是一張貼紙貼在被測物體上。

激光器3固定在穩定的遠端基準4上，激光器3可以通過多種方式控制激光開閉。例如接入internet網絡，通過服務器下行指令來控制激光開閉；使用藍牙、wifi等無線通訊模塊，通過局域網或者點對點與采集設備連接控制激光開閉；也可安裝專用遙控接收機，通過遙控指令來控制激光開閉。激光器3發射激光束5照射在參照板1的測量基準框11范圍內。

所述可移動采集設備可以多種多樣，只要是能夠采集圖像，連接internet與云服務器進行同步的設備都可以。例如具有拍照及攝像功能的手機或者其它具有拍照及攝像功能的移動終端，或者是專用的相機。

以下闡述下本系統的測量方法，結合圖3所示，

S1、啟動采集程序，激活采集設備的圖像采集傳感器，將采集設備的鏡頭對準參照板1，實時掃描參照板圖像特征，若發現參照板的圖像特征后進入下一步。

S2、進行自動對焦，獲取清晰圖像。

S3、自動掃描參照板1上的條碼或者二維碼，讀取參照板上的產品ID、參照板規格尺寸、參照板防偽碼等信息。

S4、通過internet獲取云服務器上參照板產品ID對應的信息（例如工程名稱，工程部位、監測點編號等），并獲取對應激光器ID（這些信息也可以緩存在采集設備上），通過服務器發送指令開啟對應的激光器，或者使用采集設備自帶的藍牙、wifi通過局域網或點對點連接開啟對應的激光器，或者通過專用遙控器發射機來開啟對應的激光器。

S5、實時掃描圖像中參照板測量區域內激光光斑特征，發現激光光斑則拍攝高分辨率照片或進行高分辨率動態攝像，高分辨率照片用來獲得高精度的靜態測量數據，使用攝像功能用來獲得動態的測量數據。

S6、根據參照板上各特征點進行后臺圖像校正處理，將斜視圖像修正成為正視圖像，具體包括：

S61、根據測量基準框11的圖像對比度值作為清晰度驗證的依據，以剔除對焦不準、模糊抖動的圖像；

S62、根據測量基準框11四邊線及基準框中線12的圖像特征信息，將斜視圖像還原為正視圖像，同時對圖像旋轉進行糾正，再根據參照板信息中測量基準框實際尺寸的橫縱比修正圖像的橫縱比；

S63、根據校準網格線13圖像特征，利用幾何校正法修正圖像扭曲的變形，同時分別對比所有橫向和縱向網格大小校正圖像魚眼誤差；

S7、對校正完成后的圖像進行動態標定，計算測量結果：根據激光光斑圖像特征計算激光光斑中心像素位置，根據坐標方向標點14的圖像特征確定坐標方向，根據之前掃描條形碼或二維碼的參照板信息中測量基準框實際尺寸、校準網格線實際尺寸和標定系數進行動態標定，分別確定X，Y方向上單個像素點代表的實際距離，計算激光光斑與基準框實際的相對坐標位置。

以上步驟經過不同時間段的測量后，可以進行比較得出不同坐標即可得出相應的位移變化。

S8、采集設備會實時將實測的結果、對應的測量參數等數據通過internet與云服務器7進行同步；若采集設備6暫時無法連接internet或者云服務器7，會將數據緩存在自身緩存內，待能連接云服務器時再進行同步。

本發明的系統在實際應用中，可以適用多種場合的需求，例如在全自動測量：現場批量安裝專用采集設備，并組成傳感器網絡，通過internet由云服務器7或者客戶端軟件遠程控制進行數據采集；將采集設備安裝在特定載具上（機械臂、車輛、機器人、無人機），實現全自動測量。

擴展測量參數：對激光的光斑形狀進行設定，通過擴束，整形，將線形、十字形、四邊形等光斑形狀的激光束投射在參照板上，根據光斑角度特征可以測量被測物體的偏轉量，見圖4；所述激光器3包括激光管31、以及依次設置在激光管31前方的準直透鏡32、擴束鏡33、遮光板34最終形成激光束5，所述激光束5照射到參照板上形成激光束光斑51。所述激光束光斑的形狀可以根據遮光板形狀的不同而產生不同的形狀。

通過調節準直透鏡與激光管的距離對激光束散射角度進行設定，光斑大小會沿著激光束發射方向產生變化，通過計算光斑面積可以測量被測物體在激光束發射方向上的位移變化，結合圖5；通過在一個被測物體上的多個方向安裝激光器和參照板，可以全方位監測被測物體的位移。圖中A、B分別為參照板在激光發射方向上進行位移變化的示意。最后形成不同的光斑面積。

長測程的測量：為了測量隧道、橋梁等建筑物，可以采用激光器和參照板組合的方式，即當前參照板作位置為下一個測量點基準，測量的位移結果作為參照來接力測量數據，見圖6；在有較長直線段測程的情況下，使用帶精確卡位的可折疊、翻轉或插片式參照板（自動測量時可以自動控制收起和展開），利用同一個激光器，在不同測程上測量多個參照板的數據（非測量狀態下的參照板收起，避免遮住激光束），這樣可以提高測量精度，降低誤差的累積。

低照度下測量：使用采集設備自帶的補光燈或者外部光源進行照明；亦可使用具有背光功能的參照板；還可使用電子參照板。

電子參照板：使用平板顯示設備，直接顯示參照板圖像，然后用激光照射測量。1.使用采集設備與云服務器同步的工作方式，可實現一個工程下多臺采集設備同時采集數據，互不影響。

本發明的測量系統優點體現在：1、使用條碼或二維碼，實現附加信息的自動加載與同步，更進一步智能化。

2、參照板按照預定的規則進行圖像特征設置，采集設備集成智能機器視覺算法，可以將偏轉的斜視圖像轉換為正視圖像，使得采集設備可以在一定范圍內任意擺放、亦可人工手持采集設備拍攝掃描，同時實現動態標定，具有方便、靈活、快速、準確的優點。

3、測量現場僅需要激光器和參照板，具有硬件要求低，制造成本低，維護簡單方便的優點。

4、采集設備不受限制，支持任意的圖像采集設備，只要能夠安裝測量采集軟件即可運行。

5、系統擴展能力強，可以安裝于機械手臂、車輛、機器人、無人機等載具，實現全自動化測量。

6、測量參數靈活擴展：通過技術擴展可以方便實現偏轉、三維的位移測量。

本發明尚有多種具體的實施方式。凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。