[發明專利]一種具有夜視能力的裂隙監測系統及方法

在審

• 申請號: 201711070447.6
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107862684A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 鄧宏;全定可;楊雙國;宋濤;張小波;李飛剛;李建飛;陳勇
• 申請（專利權）人: 西安元智系統技術有限責任公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/62;G06T7/80;G06K7/14
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 唐沛

技術領域

本發明屬于圖像監測技術領域，具體涉及一種具有夜視能力的裂隙監測系統及方法。

背景技術

中國是具有五千年悠久歷史的文明古國，文化遺產豐富，文物保護工作艱巨而復雜。隨著文化遺產保護理念從“搶救性保護”向“預防性保護”的轉變，文化遺產監測就顯得越來越重要。

文物本體監測作為文化遺產監測中的重要環節之一，主要從文物本體的形態、結構、病害等幾個方面進行監測。

目前針對文物本體裂隙變化的監測主要采用電阻應變片、位移傳感器等接觸式監測技術，此類監測技術會對文物本體造成不同程度的損害。隨著科學技術的發展和文化遺產保護要求的提高，越來越多新的理念和方法被引入進來，下面對現有主要監測技術作簡單介紹：

接觸式監測技術

接觸式監測方式多采用電阻應變片，根據金屬導體的應變效應，當被測物體受力沿電阻絲方向發生形變時，電阻絲隨之一起變形，因而電阻絲的阻值也發生改變，根據應變片的靈敏系數，數據采集儀器可測得應變片電阻值的變化，并將之轉換成裂隙的變化值。

這種監測方式有很大的局限性，因需要在本體表面進行粘貼和處理，因此在壁畫表面、土遺址表面等監測應用場景下不適用。

圖像處理技術

基于圖像處理技術進行本體裂隙變化監測，主要是對現場所采集的數字圖像進行處理。數字圖像通常是由一個矩形像素矩陣構成，一幀圖像可以描述成N×M位像素，其中N和M是像素點的數目，圖像處理實際上就是對像素矩陣中像素值的數字化處理。

通過高清成像設備采集現場圖像，采用二值化及邊緣檢測方法得到原始圖像的特征區域輪廓，經過定位、分割、解碼計算出區域中心點像素坐標，最終按照比例尺將不同像素點的差值換算成實際距離，從而得到裂隙的變化值。

雖然圖像處理技術不會對文物表面產生影響，但是該技術本身的數據處理任務巨大，實現成本很高。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明通過使用帶特征點圖標對文物本體的裂隙變化進行檢測，不僅計算量小，成本低，便于實施，而且不會對文物本體表面造成損壞，同時也便于夜間或燈光黑暗環境的準確監測。

本發明的具體技術方案是：

本發明提供了一種具有夜視能力的裂隙監測系統，包括光學相機，帶有特征點的圖標以及上位機；

其中，帶有特征點的圖標為兩個，且分別固定安裝在待測裂隙的兩側，兩個帶有特征點的圖標以及待測裂隙均位于光學相機的視場范圍內，光學相機將兩個帶有特征點的圖標以及待測裂隙的圖像信息按照時間間隔t不斷的上傳給上位機；補光燈安裝在光學相機的一側，補光燈的出射光照射至兩個帶有特征點的圖標以及待測裂隙所在的區域內，且補光燈透鏡角度要大于光學相機焦距對應的廣角度數。

為了避免帶有特征點的圖標可能與應用現場的背景有很大的相似度，同時利于后期系統功能的擴展，該系統中帶有特征點的圖標選用二維碼圖標。

為了使光學相機在夜晚的識別率的到保證，所述補光燈的玻璃燈罩上粘覆有能將光線折射打散的薄膜。

另外，針對不同的應用場景，所述二維碼圖標采用沉積雕刻技術在不銹鋼板上形成或者采用在PVC板上雕刻而成。

需要說明的是：該系統中帶有特征點的圖標還可以選用工業色標。

上述帶有特征點的圖標采用粘接固定或者不銹鋼圖釘固定。

具體來說，光學相機與待測裂隙之間的距離在3m范圍之內，光學相機大于130萬像素。

基于上述裂隙監測系統的描述，現對采用該系統對文物本體裂隙進行監測的方法進行一下說明：

該監測方法包括以下步驟：

1)系統裝調；

在系統開始工作前對監測系統中各個部件進行裝調操作，包括固定光學相機的位置、調整光學相機的焦距、固定補光燈以及調整補光燈的位置及出射光范圍；

2)光學相機的標定；

光學相機拍攝的目標圖像，所述目標圖像包括待測裂隙以及兩個兩個帶特征點圖標；獲取兩個帶特征點圖標中特征點之間的像素尺寸和兩個帶特征點圖標中兩個特征點的實際物理尺寸，并將像素尺寸和實際物理尺寸作比，獲得系數K；

3)圖像采集；

設間隔時間為t，光學相機每間隔一個時間間隔t對待測裂隙以及兩個帶特征點圖標進行拍照獲得N幅目標圖像，并將N幅目標圖像上傳至上位機；

4)圖像處理；

分別獲得N幅目標圖像中特征點之間的像素尺寸，并通過步驟2)中的系數K換算出特征點之間的實際尺寸；