本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量的定標(biāo)方法及實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
：遠(yuǎn)距離定量檢測(cè)的關(guān)鍵因素在于線度測(cè)量，要在遠(yuǎn)距拍攝的數(shù)碼照片上完成精確測(cè)量，首先必須標(biāo)定每個(gè)像素的大小，即圖像中的一個(gè)像素所代表的實(shí)際寬度，其單位是mm/pix。這個(gè)過程稱之為“定標(biāo)”，定標(biāo)的精度直接關(guān)系到測(cè)量的精度。傳統(tǒng)定標(biāo)一般做法是在拍攝目標(biāo)物時(shí)，將已知實(shí)際長度和面積的標(biāo)尺放在目標(biāo)物旁邊，拍攝時(shí)將標(biāo)尺包含進(jìn)去，要求標(biāo)尺顏色盡量單一，便于快速提取。比如在需要被攝取的裂縫旁貼一標(biāo)準(zhǔn)長度的黑色紙條。采集圖像后經(jīng)過處理，可提取圖像中黑色紙條在長度方向上的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，紙條的標(biāo)準(zhǔn)長度除以像素點(diǎn)個(gè)數(shù)即得到一個(gè)像素所代表的寬度[1]。如紙條的長度是100mm，實(shí)際測(cè)得像素點(diǎn)個(gè)數(shù)是1000個(gè)。那么一個(gè)像素所代表的實(shí)際寬度＝100/1000＝0.1mm/pix。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)尺長度固定且貼近測(cè)量目標(biāo)，定標(biāo)誤差小，換算方法簡單易于實(shí)現(xiàn)。但是其主要缺點(diǎn)是人必須能夠接近目標(biāo)才能放置標(biāo)尺，不適合遠(yuǎn)距離定標(biāo)及測(cè)量——如果檢測(cè)人員有辦法接近目標(biāo)放置標(biāo)尺，即可直接使用接觸式裂縫測(cè)寬儀及米尺測(cè)量裂縫的寬度與長度，根本無需再去進(jìn)行定標(biāo)→測(cè)量→換算等一系列繁瑣的工作。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：【要解決的技術(shù)問題(發(fā)明目的)】本發(fā)明為了解決遠(yuǎn)距離測(cè)量的定標(biāo)的問題，提供一種遠(yuǎn)距離檢測(cè)非接觸式定標(biāo)方法及實(shí)現(xiàn)?！炯夹g(shù)方案】遠(yuǎn)距離檢測(cè)定標(biāo)儀由同平面內(nèi)兩支夾角α很小的激光筆、一個(gè)激光測(cè)距儀與兩個(gè)角度傳感器(一個(gè)水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角傳感器、一個(gè)鉛垂面內(nèi)的俯仰角傳感器)組成。由激光筆射出的兩束激光，在與觀測(cè)方向垂直的目標(biāo)平面上形成兩個(gè)光斑，其中心距離d與測(cè)距儀測(cè)得的到目標(biāo)平面的距離S1(由激光測(cè)距儀直接測(cè)得)之間存在著線性關(guān)系[2](如圖1所示)：d=2tan(α2)·(S1+S0)---(1)]]>上式中，S0為兩支激光筆反向延長的交點(diǎn)到測(cè)距儀測(cè)距起點(diǎn)平面的距離，與兩支激光筆的夾角α一起作為定標(biāo)儀的初始參數(shù)，由于儀器組裝存在偏差，每臺(tái)儀器均需單獨(dú)標(biāo)定，每次維修后或正式檢測(cè)工作前也需要重新進(jìn)行標(biāo)定與校正，以保證檢測(cè)測(cè)量的準(zhǔn)確性。用(1)式計(jì)算機(jī)出來的結(jié)果只是當(dāng)測(cè)距儀正對(duì)被測(cè)平面時(shí)，兩個(gè)定標(biāo)激光點(diǎn)之間的距離。通常情況下，測(cè)距儀并不總能正對(duì)被測(cè)面，而是與正對(duì)被測(cè)面方向存在水平夾角β和垂直夾角θ(分別由水平轉(zhuǎn)角傳感器與俯仰角傳感器測(cè)得)，如圖2所示。圖中平面OCBD為被測(cè)面，AO方向?yàn)檎龑?duì)被測(cè)面方向，AB長為S(＝S1+S0)，照片上兩個(gè)激光點(diǎn)間的距離[1]，即圖2中線段EF長度即為需要求出的定標(biāo)長度d。根據(jù)圖2中三角關(guān)系，可以求得：d=h·(tan(γ+α2)-tan(γ+α2))---(2)]]>式中：h=S1+S01+tan2θ+tan2β]]>γ=tan-1tan2θ+tan2β]]>定標(biāo)儀的初始參數(shù)α和S0的標(biāo)定，可采用正對(duì)測(cè)試平面的方法，測(cè)量一組S1和d值，再用最小二乘法對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行最佳直線擬合[2]，這里推薦利用Excel中LINEST函數(shù)，可以很快得到所需的參數(shù)[3]。如有定標(biāo)儀初始測(cè)試數(shù)據(jù)見表1：表1實(shí)測(cè)S1-d標(biāo)定數(shù)據(jù)(單位：米)S1dd/26.1280.350.1758.6720.4850.242510.8930.6050.302513.2690.7250.362515.7930.8650.432518.0790.9850.492519.7621.070.53521.8221.180.59則用LINEST函數(shù)可以得到表2：表2LINEST函數(shù)部分結(jié)果k＝0.0264458186b＝0.01332779r＝0.999940564由r值可以看出，d-S1線性相關(guān)性還是比較好的，這就為高精度的遠(yuǎn)距離定標(biāo)奠定了基礎(chǔ)?？傻茫篠0＝b/k＝0.5039659α＝2·Atan(k)＝0.0528793此二值即為該儀器的初始化參數(shù)，代入(2)式，結(jié)合拍照實(shí)時(shí)保存的S1、β和θ，即可計(jì)算出d值，再測(cè)得對(duì)應(yīng)圖像上兩光點(diǎn)中心之間的像素?cái)?shù)n，即可得到該圖片的定標(biāo)值f＝d/n，其單位為：米/像素(m/Pix)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離定標(biāo)?！居幸嫘Ч颗c現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：為遠(yuǎn)距離定量檢測(cè)定標(biāo)提供了一種可行的解決方案，給出了詳細(xì)的論證與推導(dǎo)，得到實(shí)用的定標(biāo)公式。硬件實(shí)施可按圖3虛框所示制作獨(dú)立設(shè)備，但多數(shù)情況下是根據(jù)具體需求將其應(yīng)用在特定檢測(cè)儀器上。一般與圖像采集設(shè)備一起，結(jié)合專用軟件，在電腦控制下完成拍照、參數(shù)(距離、角度等)記錄、自動(dòng)定標(biāo)及后續(xù)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析等工作。圖4即是將本發(fā)明應(yīng)用在一款遠(yuǎn)距離橋梁外觀檢測(cè)儀上，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)橋檢存在的不足，能夠很好地解決人工橋檢或利用橋檢車進(jìn)行橋檢在人員安全、適檢橋型、對(duì)交通與環(huán)境的影響等諸多問題，能夠快速、準(zhǔn)確地搜尋并采集橋梁病害信息，提高了檢測(cè)人員工作效率，解決了遠(yuǎn)距橋梁病害檢測(cè)的一大難題。其二，應(yīng)用本發(fā)明的橋檢儀與傳統(tǒng)的人工結(jié)合橋檢車檢測(cè)方式相比較，綜合考慮人員開支、租用橋檢車、燃油費(fèi)、過路費(fèi)等各方面因素，利用橋檢儀進(jìn)行橋檢的費(fèi)用僅僅相當(dāng)于利用橋檢車的十分之一到八分之一，具體數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。表3利用橋檢車與橋檢儀進(jìn)行橋檢單位工作日檢測(cè)費(fèi)用對(duì)比表【附圖說明】圖1為本發(fā)明的定標(biāo)原理示意圖；圖中：1-激光筆2-激光測(cè)距儀3-角度傳感器圖2為本發(fā)明的通用定標(biāo)示意圖；圖中：θ-俯仰角β-水平轉(zhuǎn)角S-距離(＝S0+S1)圖3為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖中：1-水平轉(zhuǎn)角傳感器2-俯仰角傳感器3-激光測(cè)距儀4-定標(biāo)激光筆5-單片機(jī)主控單元6-RS232接口7-高清攝像機(jī)8-高清物鏡9-筆記本電腦圖4為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例示意圖。圖中：1-定標(biāo)激光筆2-水平轉(zhuǎn)角傳感器3-俯仰角傳感器4-激光測(cè)距儀5-高清攝像機(jī)物鏡6-定標(biāo)激光筆發(fā)射孔7-大容量鋰電池【具體實(shí)施方式】本發(fā)明主要由兩支激光筆、一個(gè)激光測(cè)距儀與兩個(gè)角度傳感器(一個(gè)水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角傳感器、一個(gè)鉛垂面內(nèi)的俯仰角傳感器)組成，在一個(gè)單片機(jī)主控單元的控制下完成遠(yuǎn)距離視頻圖像檢測(cè)中非接觸式定標(biāo)工作，從而解決遠(yuǎn)距離視頻圖像檢測(cè)時(shí)的定量測(cè)量問題。可以用于所有遠(yuǎn)距離視頻圖像檢測(cè)儀器上，具體硬件實(shí)施可按圖3所示，根據(jù)特定檢測(cè)儀器的具體需求，與圖像采集設(shè)備一起，分別通過RS232串口和USB接口連接筆記本電腦，結(jié)合專用軟件，在電腦控制下完成拍照、參數(shù)(距離、角度等)記錄、自動(dòng)定標(biāo)及后續(xù)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析等工作。激光筆發(fā)光功率根據(jù)檢測(cè)所需最遠(yuǎn)距離以及工作環(huán)境光線條件來定，通常光照下20m左右的檢測(cè)距離需要20mW的激光筆。兩支激光筆的夾角與檢測(cè)的最近距離、最遠(yuǎn)距離及照片放大倍數(shù)均有關(guān)系，太小會(huì)導(dǎo)致測(cè)量相對(duì)誤差變大，太大則會(huì)限制照片放大倍數(shù)，需要根據(jù)具體情況調(diào)試到最佳。兩支激光筆發(fā)出的兩條光線必須處于同一平面內(nèi)，被測(cè)面上的兩個(gè)光點(diǎn)盡量匯聚、規(guī)則且水平分布。激光測(cè)距儀的量程與精度根據(jù)檢測(cè)儀器的需求而定，市面上有多種型號(hào)可供選擇。要求能在單片機(jī)的控制下完成測(cè)距工作。俯仰角傳感器角度范圍150°，其中俯視角60°，仰視角90°。水平轉(zhuǎn)角傳感器角度范圍為360°，特別需要注意的是如果水平轉(zhuǎn)角用磁偏角傳感器，在設(shè)計(jì)組裝檢測(cè)儀器時(shí)就要保證其盡量遠(yuǎn)離攝像機(jī)鏡頭——因?yàn)殓R頭內(nèi)有用于調(diào)焦、變倍、調(diào)整光圈的電機(jī)，其磁場(chǎng)對(duì)磁偏角傳感器影響很大！還要保證其總是工作在水平面內(nèi)。單片機(jī)主控單元對(duì)內(nèi)控制激光筆、角度傳感器、激光測(cè)距儀以及攝像機(jī)鏡頭的調(diào)焦、變倍、光圈工作并收集數(shù)據(jù)信息，對(duì)外通過RS232接口與筆記本電腦相連，完成數(shù)據(jù)流與控制流信息交換。為減少干擾避免測(cè)距誤差，激光測(cè)距儀測(cè)距時(shí)需要臨時(shí)關(guān)閉激光筆。本發(fā)明實(shí)施例除了圖4所示的橋檢儀外，也將用于正在研發(fā)的快速移動(dòng)智能橋梁安全檢測(cè)系統(tǒng)的視頻檢測(cè)設(shè)備中?？梢哉f，只要是遠(yuǎn)距離的視頻圖像檢測(cè)儀器或設(shè)備，均可應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行測(cè)量定標(biāo)。當(dāng)前第1頁1 2 3