本實用新型涉及光學(xué)測量和幾何變形測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字圖像的三維成像技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

局部幾何變形損傷是鋼結(jié)構(gòu)的損傷的一種典型形式，包括梁、柱的翼緣板、腹板以及加勁肋、檁條、壓型鋼板等鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件以及各類連接件的變形損傷，具體的損傷形式包括板件翹曲、局部鼓包、扭轉(zhuǎn)等。鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形損傷會對鋼結(jié)構(gòu)的承載能力產(chǎn)生嚴(yán)重影響，變形檢測結(jié)果是既有鋼結(jié)構(gòu)承載能力分析與鑒定的重要內(nèi)容。

當(dāng)前針對鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形損傷主要是采用人工接近后進(jìn)行手工測量的手段，主要的測量儀器包括游標(biāo)卡尺、卷尺等。對于產(chǎn)生空間變形、變形形式復(fù)雜的部位，一般僅通過拍照、利用照片對變形進(jìn)行定性描述。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的上述測量手段很難對變形形態(tài)與變形量進(jìn)行準(zhǔn)確描述，測得的變形值難以還原、恢復(fù)至實際變形狀況；同時，對于高空中的鋼結(jié)構(gòu)局部變形測量須利用高空作業(yè)開展，作業(yè)中存在一定安全隱患且高空測量的準(zhǔn)確性值得商榷。

總而言之，雖然鋼結(jié)構(gòu)局部變形測量在結(jié)構(gòu)安全性鑒定中尤為重要，但目前的變形測量技術(shù)存在測量手段落后、技術(shù)水平低、測量難以還原與恢復(fù)到原始結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)、高空檢測存在安全隱患等諸多問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型提供了一種鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)，從而可以在保證操作人員安全的同時對鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形自動進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。

本實用新型的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的：

一種鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括：變標(biāo)定裝置、拍攝裝置和數(shù)字圖像處理裝置；

所述畸變標(biāo)定裝置，用于對所述拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變標(biāo)定；

所述拍攝裝置，用于按照預(yù)設(shè)軌跡對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行定焦距環(huán)繞拍攝，將拍攝得到的數(shù)字圖像發(fā)送給所述數(shù)字圖像處理裝置；

所述數(shù)字圖像處理裝置，用于對通過拍攝得到的數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理；根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)字圖像，進(jìn)行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處的三維模型；確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)，并根據(jù)所確定的比例系數(shù)對所述三維模型進(jìn)行標(biāo)定；根據(jù)標(biāo)定后的三維模型對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行變形測量，確定結(jié)構(gòu)變形量。

較佳的，所述拍攝裝置為：感光元件尺寸23.9x36mm及以上、分辨率1800萬像素及以上的相機(jī)。

較佳的，所述畸變標(biāo)定裝置包括：棋盤格標(biāo)定板和標(biāo)定單元；

所述棋盤格標(biāo)定板，用于對拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變測試；

所述標(biāo)定單元，用于確定拍攝設(shè)備所需使用的焦段，并對于所確定的焦段，使用所述棋盤格標(biāo)定板對拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變測試，采用基本標(biāo)定算法，根據(jù)畸變測試結(jié)果對拍攝設(shè)備內(nèi)參與鏡頭畸變系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

較佳的，所述棋盤格標(biāo)定板的精度為：+/-0.1毫米。

較佳的，所述數(shù)字圖像處理裝置包括：預(yù)處理單元、三維重建單元、模型標(biāo)定單元和變形測量單元；

所述預(yù)處理單元，用于對通過拍攝得到的數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理后的數(shù)字圖像發(fā)送給所述三維重建單元；

所述三維重建單元，用于根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)字圖像，進(jìn)行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處的三維模型；

所述模型標(biāo)定單元，用于確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)，并根據(jù)所確定的比例系數(shù)對所述三維模型進(jìn)行標(biāo)定；

所述變形測量單元，用于根據(jù)標(biāo)定后的三維模型對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行變形測量，確定結(jié)構(gòu)變形量。

較佳的，所述預(yù)處理單元還包括：第一處理模塊和第二處理模塊；

所述第一處理模塊，用于檢測所述數(shù)字圖像的模糊程度，去除低于預(yù)設(shè)的數(shù)字圖像模糊指標(biāo)的數(shù)字圖像；

所述第二處理模塊，用于去除未包含待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處的數(shù)字圖像。

較佳的，所述模型標(biāo)定單元還包括：測距單元和尺寸標(biāo)定單元；

所述測距單元，用于測量拍攝設(shè)備的光心與待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處中預(yù)設(shè)的多個關(guān)鍵點之間的距離；

所述尺寸標(biāo)定單元，用于對于每個所獲取的距離數(shù)據(jù)，根據(jù)該距離數(shù)據(jù)以及拍攝得到的數(shù)字圖像中與該距離數(shù)據(jù)相對應(yīng)的尺寸，計算得到相應(yīng)的尺寸比例系數(shù)；對計算得到的所有尺寸比例系數(shù)取平均值，得到所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)。

較佳的，所述測距單元為激光測距儀。

由上述技術(shù)方案可見，在本實用新型的鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)中，由于首先對拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變標(biāo)定，然后在測量現(xiàn)場使用所述拍攝設(shè)備按照預(yù)設(shè)軌跡對鋼結(jié)構(gòu)變形局部(即待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處)進(jìn)行定焦距環(huán)繞拍攝，接著根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)字圖像，進(jìn)行局部模型三維重建，并根據(jù)所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)對所述三維模型進(jìn)行標(biāo)定，最后再根據(jù)標(biāo)定后的三維模型對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行變形測量，確定結(jié)構(gòu)變形量，從而可以在保證操作人員安全的同時對鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形自動進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中的鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型實施例中對鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行環(huán)繞拍攝的示意圖。

圖3為本實用新型實施例中的棋盤格標(biāo)定板的示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實用新型實施例中的鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實用新型實施例中的鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)包括：畸變標(biāo)定裝置101、拍攝裝置102和數(shù)字圖像處理裝置103；

所述畸變標(biāo)定裝置101，用于對所述拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變標(biāo)定；

所述拍攝裝置102，用于按照預(yù)設(shè)軌跡對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行定焦距環(huán)繞拍攝，將拍攝得到的數(shù)字圖像發(fā)送給所述數(shù)字圖像處理裝置；

所述數(shù)字圖像處理裝置103，用于對通過拍攝得到的數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理；根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)字圖像，進(jìn)行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處的三維模型；確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)，并根據(jù)所確定的比例系數(shù)對所述三維模型進(jìn)行標(biāo)定；根據(jù)標(biāo)定后的三維模型對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行變形測量，確定結(jié)構(gòu)變形量。

較佳的，在本實用新型的一個具體實施例中，所述拍攝裝置可以是：感光元件尺寸約23.9x36mm及以上、分辨率1800萬像素及以上的相機(jī)；另外，所述拍攝裝置上還可以設(shè)置低畸變鏡頭，用于對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行定焦距拍攝。

另外，所述拍攝設(shè)備可以是在預(yù)設(shè)軌跡上對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行拍攝，從而使得所拍攝的圖像銳度較高，攝影光心之間的距離較大，所拍攝的圖像中盡可能包含更多不同視角。如圖2所示，在本實用新型的技術(shù)方案中，可以使用如圖2中所示的預(yù)設(shè)的環(huán)形軌跡對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)屋面梁進(jìn)行環(huán)繞拍攝。此外，可以根據(jù)待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處的局部形態(tài)的復(fù)雜程度確定所拍攝的圖像的數(shù)量，例如，可以規(guī)定最少需要拍攝10張高清圖像。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述畸變標(biāo)定裝置可以包括：棋盤格標(biāo)定板和標(biāo)定單元；

圖3為本實用新型實施例中的棋盤格標(biāo)定板的示意圖；所述棋盤格標(biāo)定板，用于對拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變測試；

所述標(biāo)定單元，用于確定拍攝設(shè)備所需使用的焦段，并對于所確定的焦段，使用所述棋盤格標(biāo)定板對拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變測試，采用基本標(biāo)定算法，根據(jù)畸變測試結(jié)果對拍攝設(shè)備內(nèi)參與鏡頭畸變系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

較佳的，在本實用新型的一個具體實施例中，所述棋盤格標(biāo)定板的精度可以是：+/-0.1毫米(mm)。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述數(shù)字圖像處理裝置可以包括：預(yù)處理單元、三維重建單元、模型標(biāo)定單元和變形測量單元；

所述預(yù)處理單元，用于對通過拍攝得到的數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理后的數(shù)字圖像發(fā)送給所述三維重建單元；

所述三維重建單元，用于根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)字圖像，進(jìn)行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處的三維模型；

所述模型標(biāo)定單元，用于確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)，并根據(jù)所確定的比例系數(shù)對所述三維模型進(jìn)行標(biāo)定；

所述變形測量單元，用于根據(jù)標(biāo)定后的三維模型對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行變形測量，確定結(jié)構(gòu)變形量。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述預(yù)處理單元還可以包括：第一處理模塊和第二處理模塊；

所述第一處理模塊，用于檢測所述數(shù)字圖像的模糊程度，去除低于預(yù)設(shè)的數(shù)字圖像模糊指標(biāo)的數(shù)字圖像；

所述第二處理模塊，用于去除未包含待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處的數(shù)字圖像。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述模型標(biāo)定單元還可以包括：測距單元和尺寸標(biāo)定單元；

所述測距單元，用于測量拍攝設(shè)備的光心與待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處中預(yù)設(shè)的多個關(guān)鍵點之間的距離；

所述尺寸標(biāo)定單元，用于對于每個所獲取的距離數(shù)據(jù)，根據(jù)該距離數(shù)據(jù)以及拍攝得到的數(shù)字圖像中與該距離數(shù)據(jù)相對應(yīng)的尺寸，計算得到相應(yīng)的尺寸比例系數(shù)；對計算得到的所有尺寸比例系數(shù)取平均值，得到所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述測距單元可以是：激光測距儀。

綜上所述，在本實用新型的鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形的測量系統(tǒng)中，由于首先對拍攝設(shè)備進(jìn)行畸變標(biāo)定，然后在測量現(xiàn)場使用所述拍攝設(shè)備按照預(yù)設(shè)軌跡對鋼結(jié)構(gòu)變形局部(即待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處)進(jìn)行定焦距環(huán)繞拍攝，接著根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)字圖像，進(jìn)行局部模型三維重建，并根據(jù)所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數(shù)對所述三維模型進(jìn)行標(biāo)定，最后再根據(jù)標(biāo)定后的三維模型對待檢測的鋼結(jié)構(gòu)損傷處進(jìn)行變形測量，確定結(jié)構(gòu)變形量，因而可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)局部的三維成像，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形的準(zhǔn)確測量，從而可以在保證操作人員安全的同時對鋼結(jié)構(gòu)局部幾何變形自動進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型保護(hù)的范圍之內(nèi)。