一種準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移光學(xué)測量方法
【專利摘要】一種準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移光學(xué)測量方法，實(shí)施流程如下：A.搭建測量裝置與初步調(diào)試準(zhǔn)備；B.圖像像素與實(shí)際距離的標(biāo)定；C.準(zhǔn)分布測點(diǎn)圖像模板制定與匹配優(yōu)化；D.準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移自動(dòng)測量和存儲(chǔ)。
【專利說明】一種準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移光學(xué)測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)、圖像處理技術(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別技術(shù)，具體涉及到使用相機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分布式動(dòng)態(tài)位移測量。

【背景技術(shù)】
[0002]橋梁變形測量是對被測橋梁結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行跟蹤識(shí)別，以確定其空間位置隨時(shí)間的變化特征。橋梁變形測量利用工程測量原理、方法以及精密量測技術(shù)，測量橋梁變位控制點(diǎn)的坐標(biāo)，通過對各次測量所得的橋梁變位控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，繪制相應(yīng)的位移變形影響線(面)，結(jié)合荷載、抗力等基本結(jié)構(gòu)指標(biāo)，可以宏觀判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能，從而提出相應(yīng)的處理措施或荷載控制建議，進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的目的。
[0003]對于大型橋梁，雖然結(jié)構(gòu)的位移已成為其安全監(jiān)測的一個(gè)重要指標(biāo)，但有效的位移測量方法以及穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)位移測量手段對于科研工作者與工程技術(shù)人員仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。目前的位移測量方法主要有接觸式傳感器位移測量系統(tǒng)和非接觸式傳感器位移測量系統(tǒng)兩大類。以下針對其分類進(jìn)行相關(guān)評述。
[0004]1、基于加速度傳感器的接觸式位移測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)位移測量思路是將加速度傳感器安裝到橋梁結(jié)構(gòu)的被測位置處，采集被測點(diǎn)處的加速度，通過對加速度信號進(jìn)行二次積分得到相應(yīng)的位移。但是在這種對時(shí)域進(jìn)行多重積分的數(shù)字信號處理過程中，存在失真的可能從而導(dǎo)致潛在的誤差。
[0005]2、基于線性可變差分變壓器的接觸式位移測量系統(tǒng)。線性可變差分變壓器對結(jié)構(gòu)的位移測量是在被測結(jié)構(gòu)上選取某一點(diǎn)，利用連通管的原理進(jìn)行液位測量進(jìn)而換算出相應(yīng)的位移變化。盡管能滿足結(jié)構(gòu)位移測量的分辨率，但這種傳感器要求一個(gè)靜態(tài)平臺(tái)作為測量參考點(diǎn)，而且這個(gè)平臺(tái)必須和被測結(jié)構(gòu)相對較近，如果遇到跨海或跨河大橋要建立這種平臺(tái)將十分困難和成本昂貴。并且由于液體壓強(qiáng)與液體的液柱高度較大關(guān)系。而在結(jié)構(gòu)位移發(fā)生變化的過程中，由于液體內(nèi)部粘滯阻力及液體與管壁的摩阻等原因，液柱的變化相對遲緩，從而出現(xiàn)位移滯后現(xiàn)象，從而不能完成可靠的動(dòng)態(tài)測量。
[0006]3、基于傾角測試的接觸式位移測量系統(tǒng)。將傾角測試裝置安裝在被測點(diǎn)處，測量出所在位置的傾角變化。根據(jù)位移與傾角的關(guān)系計(jì)算出被測點(diǎn)處的位移。這種測試系統(tǒng)的弊端跟基于加速度的位移測量類似，在從傾角到位移的換算過程中需要積分，由此將造成累積誤差。并且在從傾角到位移的換算過程中會(huì)有一些力學(xué)假定的加入，這些假定必然會(huì)帶來額外的誤差，影響測量精度。
[0007]4、激光多普勒振動(dòng)計(jì)非接觸式位移測量系統(tǒng)。激光多普勒振動(dòng)計(jì)作為一種非接觸式無損測量工具為橋梁的振動(dòng)和變形測量提供精確的位移測量結(jié)果，但其測量成本非常高，較難大規(guī)模推廣應(yīng)用。并且是基于單目標(biāo)的位移動(dòng)態(tài)測量方法，若要進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的位移測量，則需多臺(tái)激光儀，成本必然隨著位移目標(biāo)測點(diǎn)的數(shù)量的增多不斷增加。
[0008]5、GPS非接觸式位移測量系統(tǒng)。GPS對于復(fù)雜大型結(jié)構(gòu)的位移測量擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，如毫米級的定位精度、較高的測量頻率、實(shí)時(shí)性和遠(yuǎn)程測量。但其固有的弱點(diǎn)也決定了它應(yīng)用的局限性，如GPS易受電磁噪聲干擾，對于惡劣的天氣等也沒有很強(qiáng)的抵抗力，較高的精度和采樣率則要求非常昂貴的費(fèi)用。由于受到成本效益的限制，GPS橋梁位移測量系統(tǒng)的測點(diǎn)一般也不會(huì)太多，而要用這些有限的測點(diǎn)數(shù)據(jù)來做結(jié)構(gòu)的整體或者局部力學(xué)分析則相當(dāng)困難。
[0009]6、利用相機(jī)進(jìn)行拍攝的非接觸式位移測量系統(tǒng)。這種位移測量方法是利用光學(xué)成像原理，對相機(jī)拍攝到的目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字圖像處理，制定模板，并以此為基準(zhǔn)對目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤模板匹配，通過標(biāo)定得到實(shí)際位移與模板移動(dòng)像素的關(guān)系，從而進(jìn)行被測點(diǎn)位移的測量。
[0010]對利用相機(jī)進(jìn)行拍攝的位移測量系統(tǒng)目前尚處研究當(dāng)中。這些研究機(jī)構(gòu)主要集中在:澳大利亞Curtin大學(xué)、東京城市大學(xué)、韓國世宗大學(xué)、美國南加利福尼亞大學(xué)、香港科技大學(xué)、香港理工大學(xué)、天津大學(xué)、清華大學(xué)、蘇州大學(xué)和浙江大學(xué)等。目前國內(nèi)外對于此方法的研究多集中在單個(gè)相機(jī)對單個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行位移測量。也就是說，使用一套系統(tǒng)僅能夠?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)的一個(gè)目標(biāo)位移測點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測量。并且需要在被測構(gòu)件位置處安裝能提供光源設(shè)施，將人工安裝的光源作為測量的標(biāo)識(shí)物。由于模板的建立對光源的依賴性較強(qiáng)，模板匹配則完全依賴于有光源的模板。當(dāng)遇到大霧、下雨或者其他的惡劣天氣時(shí)，該系統(tǒng)的測量精度將難以保證。由于需要在被測處人為安裝光源，測量過程將出現(xiàn)眾多弊端。比如人們不方便觸及到的地方就很難去人為安裝光源，測量過程會(huì)變得相當(dāng)麻煩。而且如果要進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的位移測量，則需要同時(shí)布置多臺(tái)測量系統(tǒng)(相機(jī)、采集控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和光源等)。另一方面，目前的研究多集中在近距離的位移測量，對遠(yuǎn)距離(1km以外)的位移測量的研究則相對較少。
[0011]以上幾種方法因?yàn)楦髯缘娜毕莶荒苡行Э煽康赜糜诮Y(jié)構(gòu)準(zhǔn)分布式位移測量，并且對于動(dòng)態(tài)位移測量也不穩(wěn)定，對于像激光位移測量、GPS位移測量以及利用相機(jī)拍攝進(jìn)行位移測量等方法在進(jìn)行準(zhǔn)分布式位移測量的時(shí)候需要布置多個(gè)位移測量裝置，成本較高。而且目前通常所說的非接觸式測量，比如前述三種都需要事先在被測目標(biāo)處安裝標(biāo)識(shí)物或者特定的信號發(fā)射源，在一些特定的場合將難以實(shí)現(xiàn)，增加了測量困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明要克服目前的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移測量方法的不足，提出一種準(zhǔn)分布式的結(jié)構(gòu)位移光學(xué)測量方法，這種光學(xué)測量方法是利用光學(xué)攝像系統(tǒng)及數(shù)字圖像處理技術(shù)對結(jié)構(gòu)位移進(jìn)行準(zhǔn)分布式測量。測量裝置包括工業(yè)相機(jī)、多倍變焦鏡頭、計(jì)算機(jī)等。本發(fā)明要解決以下幾個(gè)方面的問題:
[0013]一是利用一臺(tái)相機(jī)就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分布式位移測量，所謂準(zhǔn)分布式測量就是使用一臺(tái)相機(jī)可以同時(shí)測量被測結(jié)構(gòu)上的多個(gè)測點(diǎn)的位移，實(shí)現(xiàn)位移測點(diǎn)的準(zhǔn)分布式布置；
[0014]二是實(shí)現(xiàn)無人工光源化，即不需要在被測結(jié)構(gòu)處人工安裝光源或者其他信號發(fā)射裝置，而是利用結(jié)構(gòu)表面自身的光學(xué)特征，比如特殊的紋理、圖案背景等作為標(biāo)識(shí)物，進(jìn)行識(shí)別和測量，實(shí)現(xiàn)真正意義上的非接觸式位移測量；
[0015]三是解決由于天氣原因造成的測量失準(zhǔn)問題，比如大霧、下雨或者其他光線變化等原因會(huì)引發(fā)相機(jī)不能有效可靠地對被測目標(biāo)測點(diǎn)識(shí)別，進(jìn)而造成測量結(jié)果失準(zhǔn)；
[0016]本發(fā)明所述的一種準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移光學(xué)測量方法，具體實(shí)施流程如下:
[0017]A.搭建測量裝置與初步調(diào)試準(zhǔn)備。
[0018]A1.選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，安裝并連接工業(yè)數(shù)碼相機(jī)、鏡頭及計(jì)算機(jī)等設(shè)備，檢查好線路，啟動(dòng)系統(tǒng)；
[0019]A2.反復(fù)調(diào)整相機(jī)鏡頭的朝向、仰角，調(diào)整焦距、快門速度、光圈大小等參數(shù)，使得被測結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分布測點(diǎn)出現(xiàn)在鏡頭的合適位置；
[0020]A3.調(diào)整相機(jī)參數(shù)(曝光度、增益值)，并尋找準(zhǔn)分布式測點(diǎn)的標(biāo)識(shí)物，這里的準(zhǔn)分布測點(diǎn)標(biāo)識(shí)物為結(jié)構(gòu)自身表面的特殊識(shí)別物，比如特殊的紋理、圖案背景等。建立相機(jī)、測點(diǎn)、標(biāo)識(shí)物之間的關(guān)系，直到獲得準(zhǔn)分布測點(diǎn)標(biāo)識(shí)物在系統(tǒng)可識(shí)別范圍內(nèi)的清晰圖像。
[0021]B.圖像像素與實(shí)際距離的標(biāo)定。
[0022]B1.對拍攝到的準(zhǔn)分布測區(qū)標(biāo)識(shí)物圖像進(jìn)行數(shù)字化處理；
[0023]B2.通過幾何計(jì)算確定準(zhǔn)分布式測點(diǎn)間的實(shí)際距離；
[0024]B3.確定系統(tǒng)采集到的圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)的像素點(diǎn)數(shù)；
[0025]B4.通過比較準(zhǔn)分布測點(diǎn)間的實(shí)際距離與圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)間像素?cái)?shù)的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。
[0026]C.準(zhǔn)分布測點(diǎn)圖像模板制定與匹配優(yōu)化。
[0027]C1.圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)區(qū)域劃分；
[0028]C2.對劃分區(qū)域進(jìn)行模板制定，并通過圖像處理算法對模板進(jìn)行匹配；
[0029]C3.進(jìn)行模板匹配學(xué)習(xí)訓(xùn)練，并用優(yōu)化算法對準(zhǔn)分布測區(qū)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化，直至模板匹配滿足測量要求；
[0030]C4.得到準(zhǔn)分布式測點(diǎn)在圖像中的模板坐標(biāo)。
[0031]D.準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移自動(dòng)測量和存儲(chǔ)。
[0032]D1.制定位移測量的采集和存儲(chǔ)策略，連續(xù)采集需要確定采樣頻率，間隔采集則需要確定間隔采樣時(shí)間，并確定采集時(shí)長，使得準(zhǔn)分布式位移測量在采集和存儲(chǔ)方面有序進(jìn)行，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確歸檔；
[0033]D2.按照采集策略進(jìn)行圖像采集，并進(jìn)行存儲(chǔ)，存取下來的包括視頻信息及視頻中圖像的灰度信息；
[0034]D3.準(zhǔn)分布式測區(qū)搜索與模板匹配；
[0035]D4.計(jì)算圖像中匹配到的準(zhǔn)分布測點(diǎn)的位置與模板初始位置的坐標(biāo)差值，利用B4中的標(biāo)定結(jié)果確定準(zhǔn)分布測點(diǎn)位移值，包括水平和豎直兩個(gè)方向的位移，并將位移序列進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0036]D5.檢查是否完成測量策略中制定的任務(wù)，完成則采集結(jié)束，未完成則繼續(xù)重復(fù)D2至D5，直至完成測量策略中制定的任務(wù)，系統(tǒng)測量結(jié)束。
[0037]上述步驟中所提到的工業(yè)相機(jī)將采集到的視頻信息利用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，保存在計(jì)算機(jī)硬盤當(dāng)中。
[0038]在像素標(biāo)定中，運(yùn)用其他測量手段確定出準(zhǔn)分布測區(qū)的幾個(gè)標(biāo)識(shí)物與其在拍攝到圖像當(dāng)中對應(yīng)像素區(qū)域的關(guān)系，即確定出圖像中的一個(gè)像素代表實(shí)際的距離，標(biāo)定過程中的實(shí)際距離的確定考慮了相機(jī)鏡頭的朝向與仰角問題。
[0039]在模板匹配過程中需要對拍攝到的圖像進(jìn)行多次匹配學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，通過優(yōu)化算法使得準(zhǔn)分布測區(qū)的標(biāo)識(shí)物圖像與模板達(dá)到自適應(yīng)的要求。
[0040]模板匹配是指從初始拍攝圖像中找出要跟蹤的圖像區(qū)塊，以此時(shí)的圖像區(qū)塊信息作為基本信息，也就是模板基本信息，在后期跟蹤過程中，與拍攝到的圖像進(jìn)行相關(guān)匹配計(jì)算。相關(guān)匹配計(jì)算的主旨是為了找出后期跟蹤拍攝到的圖像中，哪一塊區(qū)域與模板最為相似，用數(shù)學(xué)的語言來講就是哪一塊區(qū)域的基本信息與模板基本信息相關(guān)性大于閾值。在自適應(yīng)優(yōu)化算法中加入閾值自動(dòng)調(diào)整算法，即根據(jù)天氣等光線的變化調(diào)整閾值，使得模板匹配具有自適應(yīng)性。
[0041]本發(fā)明中除了前述提到的工業(yè)相機(jī)、鏡頭和計(jì)算機(jī)等，還提供了一套存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中的準(zhǔn)分布式位移測量模板匹配模塊。
[0042]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本技術(shù)有幾下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
[0043]1、實(shí)現(xiàn)僅利用一臺(tái)相機(jī)就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分布式位移測量，所謂準(zhǔn)分布式測量就是使用一臺(tái)相機(jī)可以同時(shí)測量被測結(jié)構(gòu)上的多個(gè)測點(diǎn)位移，實(shí)現(xiàn)位移測點(diǎn)的準(zhǔn)分布式布置；
[0044]2、不需要在被測結(jié)構(gòu)處人工安裝光源或者其他信號發(fā)射裝置，而是利用結(jié)構(gòu)表面自身的標(biāo)識(shí)物進(jìn)行識(shí)別和測量，實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)距離非接觸式位移測量；
[0045]3、解決了由于天氣原因造成的位移測量失準(zhǔn)問題，比如大霧、下雨或者其他光線變化等原因會(huì)引發(fā)相機(jī)不能有效可靠地對被測目標(biāo)測點(diǎn)識(shí)別，進(jìn)而造成測量失準(zhǔn)；
[0046]4、由于采用高速千兆以太網(wǎng)將相機(jī)采集到的圖像信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，后期在處理數(shù)據(jù)的過程中可以將圖像視頻結(jié)合位移時(shí)程圖像一起處理，實(shí)現(xiàn)事件全信息回放；
[0047]5、系統(tǒng)的采樣頻率比GPS、壓力變送器等高出許多，完全能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分布式動(dòng)態(tài)位移測量以及進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析；
[0048]6、相較于其他測量方法，測量同樣的測點(diǎn)精度高、成本低、操作簡單、攜帶方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1本發(fā)明的裝置示意圖。
[0050]圖2本發(fā)明的測量流程圖。
[0051]圖例說明:圖1中的代號分別表示:
[0052]I——計(jì)算機(jī)，
[0053]2——工業(yè)相機(jī)，
[0054]3——變焦鏡頭，
[0055]4——三腳支撐架，
[0056]5——被測結(jié)構(gòu)自身標(biāo)識(shí)物，
[0057]6——鏡頭拍攝區(qū)域，
[0058]7—系統(tǒng)拍攝到的圖像視野區(qū)，
[0059]8——圖像視野區(qū)中的被測結(jié)構(gòu)自身標(biāo)識(shí)物

【具體實(shí)施方式】
[0060]以下結(jié)合圖1中所示的案例和圖2中所示的工作流程進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0061]參見圖1和圖2，本發(fā)明中所舉案例為利用一臺(tái)準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移光學(xué)測量系統(tǒng)測量一個(gè)大型斜拉橋上多個(gè)測點(diǎn)的位移，對其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量，具體的實(shí)施步驟如下:
[0062]A.搭建測量裝置與初步調(diào)試準(zhǔn)備。
[0063]A1.選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，架設(shè)三角支撐架4，安裝并連接工業(yè)相機(jī)2、鏡頭3及計(jì)算機(jī)1等設(shè)備，檢查好線路，啟動(dòng)系統(tǒng)；
[0064]A2.反復(fù)調(diào)整相機(jī)2和鏡頭3的朝向、仰角，調(diào)整焦距、快門速度、光圈大小等，使得被測結(jié)構(gòu)所有準(zhǔn)分布測點(diǎn)出現(xiàn)在鏡頭的合適位置，之后進(jìn)行A3步；
[0065]A3.調(diào)整相機(jī)參數(shù)(曝光度、增益值)等，并尋找準(zhǔn)分布式測點(diǎn)的標(biāo)識(shí)物5，這里的準(zhǔn)分布測點(diǎn)標(biāo)識(shí)物為結(jié)構(gòu)自身表面的特殊識(shí)別物，比如特殊的紋理、圖案背景等，建立相機(jī)
2、測點(diǎn)、標(biāo)識(shí)物5之間的關(guān)系。直到得到準(zhǔn)分布測點(diǎn)標(biāo)識(shí)物5在系統(tǒng)可視范圍6內(nèi)的清晰圖像，調(diào)整完畢之后，進(jìn)行B步所述內(nèi)容。這里的標(biāo)識(shí)物5為前述利用結(jié)構(gòu)表面自身的光學(xué)特征，比如特殊的紋理、圖案背景等作為標(biāo)識(shí)物5。
[0066]B.圖像像素與實(shí)際距離的標(biāo)定。
[0067]B1.對拍攝到的準(zhǔn)分布測區(qū)標(biāo)識(shí)物5的圖像8進(jìn)行數(shù)字化處理；
[0068]B2.通過幾何計(jì)算確定準(zhǔn)分布式測點(diǎn)間的實(shí)際距離；
[0069]B3.確定系統(tǒng)采集到的圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)的像素點(diǎn)數(shù)；
[0070]B4.通過比較準(zhǔn)分布測點(diǎn)間的實(shí)際距離與圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)間像素?cái)?shù)的關(guān)系，并進(jìn)行標(biāo)定。
[0071]C.準(zhǔn)分布測點(diǎn)圖像模板制定與匹配優(yōu)化。
[0072]C1.圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)區(qū)域8劃分；
[0073]C2.對劃分區(qū)域8進(jìn)行模板制定，并通過圖像處理算法對模板進(jìn)行匹配；
[0074]C3.進(jìn)行模板匹配學(xué)習(xí)訓(xùn)練，并用優(yōu)化算法對準(zhǔn)分布測區(qū)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化，直至模板匹配滿足測量要求；
[0075]C4.得到準(zhǔn)分布式測點(diǎn)8在圖像中的模板坐標(biāo)。
[0076]D.準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移自動(dòng)測量和存儲(chǔ)。
[0077]D1.制定位移測量的采集和存儲(chǔ)策略，連續(xù)采集需要確定采樣頻率，間隔采集則需要確定間隔采樣時(shí)間，并確定采集時(shí)長，使得準(zhǔn)分布式位移測量在采集和存儲(chǔ)方面有序進(jìn)行，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確歸檔；
[0078]D2.按照采集策略進(jìn)行圖像采集，并存儲(chǔ)，存取下來的包括視頻信息及視頻中圖像的灰度信息；
[0079]D3.準(zhǔn)分布式測區(qū)搜索與模板匹配；
[0080]D4.計(jì)算圖像中匹配到的準(zhǔn)分布測點(diǎn)8的位置與模板初始位置的坐標(biāo)差值，利用B4中的標(biāo)定結(jié)果確定準(zhǔn)分布測點(diǎn)位移值，包括水平和豎直兩個(gè)方向的位移(X，y)，并將位移序列(Xi, Yi)進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0081]D5.檢查是否完成測量策略中制定的任務(wù)，完成則采集結(jié)束，未完成則繼續(xù)重復(fù)D2至D5，直至完成測量策略中制定的任務(wù)，系統(tǒng)測量結(jié)束。
[0082]上述步驟中所提到的工業(yè)相機(jī)2將采集到的視頻信息利用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，保存在計(jì)算機(jī)1硬盤當(dāng)中。
[0083]在像素標(biāo)定中，運(yùn)用其他測量手段確定出準(zhǔn)分布測區(qū)的幾個(gè)標(biāo)識(shí)物5與其在拍攝到圖像8當(dāng)中對應(yīng)像素區(qū)域的關(guān)系，即確定出圖像中的一個(gè)像素代表實(shí)際的距離，標(biāo)定過程中的實(shí)際距離的確定考慮了相機(jī)鏡頭的朝向與仰角問題。
[0084]在模板匹配過程中需要對拍攝到的圖像進(jìn)行多次匹配學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，通過優(yōu)化算法使得準(zhǔn)分布測區(qū)的標(biāo)識(shí)物圖像與模板達(dá)到自適應(yīng)的要求。
[0085]在實(shí)際結(jié)構(gòu)位移確定過程中，需要進(jìn)行兩個(gè)步驟。流程D4中已經(jīng)提出。視頻拍攝到的首先是圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)標(biāo)識(shí)物的像素移動(dòng)量，而經(jīng)過帶入標(biāo)定結(jié)果，也就是用像素移動(dòng)量乘以之前標(biāo)定的每個(gè)像素移動(dòng)代表實(shí)際的位移量。
[0086]模板匹配是指從初始拍攝圖像中找出要跟蹤的圖像區(qū)塊，以此時(shí)的圖像區(qū)塊信息作為基本信息，也就是模板基本信息，在后期跟蹤過程中，與拍攝到的圖像進(jìn)行相關(guān)匹配計(jì)算。相關(guān)匹配計(jì)算的主旨時(shí)候找出后期跟蹤拍攝到的圖像中，哪一塊區(qū)域與模板最為相似，用數(shù)學(xué)的語言來講就是哪一塊區(qū)域的基本信息與模板基本信息相關(guān)性大于閾值。這里在自適應(yīng)優(yōu)化算法中加入了閾值自動(dòng)調(diào)整算法，即根據(jù)天氣等光線的變化調(diào)整閾值，使得模板匹配具有自適應(yīng)性。
[0087]本說明書實(shí)施案例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施案例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移光學(xué)測量方法，具體實(shí)施流程如下: A.搭建測量裝置與初步調(diào)試準(zhǔn)備。 Al.選擇適當(dāng)?shù)奈恢茫惭b并連接工業(yè)數(shù)碼相機(jī)、鏡頭及計(jì)算機(jī)等設(shè)備，檢查好線路，啟動(dòng)系統(tǒng)； A2.反復(fù)調(diào)整相機(jī)鏡頭的朝向、仰角，調(diào)整焦距、快門速度、光圈大小等參數(shù)，使得被測結(jié)構(gòu)準(zhǔn)分布測點(diǎn)出現(xiàn)在鏡頭的合適位置； A3.調(diào)整相機(jī)參數(shù)(曝光度、增益值)，并尋找準(zhǔn)分布式測點(diǎn)的標(biāo)識(shí)物，這里的準(zhǔn)分布測點(diǎn)標(biāo)識(shí)物為結(jié)構(gòu)自身表面的特殊識(shí)別物，比如特殊的紋理、圖案背景等。建立相機(jī)、測點(diǎn)、標(biāo)識(shí)物之間的關(guān)系，直到獲得準(zhǔn)分布測點(diǎn)標(biāo)識(shí)物在系統(tǒng)可識(shí)別范圍內(nèi)的清晰圖像。 B.圖像像素與實(shí)際距離的標(biāo)定。 B1.對拍攝到的準(zhǔn)分布測區(qū)標(biāo)識(shí)物圖像進(jìn)行數(shù)字化處理； B2.通過幾何計(jì)算確定準(zhǔn)分布式測點(diǎn)間的實(shí)際距離； B3.確定系統(tǒng)采集到的圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)的像素點(diǎn)數(shù)； B4.通過比較準(zhǔn)分布測點(diǎn)間的實(shí)際距離與圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)間像素?cái)?shù)的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。 C.準(zhǔn)分布測點(diǎn)圖像模板制定與匹配優(yōu)化。 Cl.圖像中準(zhǔn)分布測點(diǎn)區(qū)域劃分； C2.對劃分區(qū)域進(jìn)行模板制定，并通過圖像處理算法對模板進(jìn)行匹配； C3.進(jìn)行模板匹配學(xué)習(xí)訓(xùn)練，并用優(yōu)化算法對準(zhǔn)分布測區(qū)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化，直至模板匹配滿足測量要求； C4.得到準(zhǔn)分布式測點(diǎn)在圖像中的模板坐標(biāo)。 D.準(zhǔn)分布式結(jié)構(gòu)位移自動(dòng)測量和存儲(chǔ)。 Dl.制定位移測量的采集和存儲(chǔ)策略，連續(xù)采集需要確定采樣頻率，間隔采集則需要確定間隔采樣時(shí)間，并確定采集時(shí)長，使得準(zhǔn)分布式位移測量在采集和存儲(chǔ)方面有序進(jìn)行，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確歸檔； D2.按照采集策略進(jìn)行圖像采集，并進(jìn)行存儲(chǔ)，存取下來的包括視頻信息及視頻中圖像的灰度信息； D3.準(zhǔn)分布式測區(qū)搜索與模板匹配； D4.計(jì)算圖像中匹配到的準(zhǔn)分布測點(diǎn)的位置與模板初始位置的坐標(biāo)差值，利用B4中的標(biāo)定結(jié)果確定準(zhǔn)分布測點(diǎn)位移值，包括水平和豎直兩個(gè)方向的位移，并將位移序列進(jìn)行存儲(chǔ)； D5.檢查是否完成測量策略中制定的任務(wù)，完成則采集結(jié)束，未完成則繼續(xù)重復(fù)D2至D5，直至完成測量策略中制定的任務(wù)，系統(tǒng)測量結(jié)束。
【文檔編號】G01B11/02GK104359406SQ201410548424
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】葉肖偉, 董傳智, 劉坦 申請人:浙江大學(xué)