[發(fā)明專利]一種三維變形監(jiān)測方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110642025.1
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113280750B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設計）人: 張濤;唐飛
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B11/02;G06T7/13;G06T5/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

本發(fā)明屬于變形監(jiān)測技術領域，公開了一種三維變形監(jiān)測方法和裝置。裝置包括LED光源組、遠程控制單元、攝像機、計算和控制設備。本發(fā)明利用LED光源組來獲取觀測目標的三維變形，通過切換LED光源組的開、關狀態(tài)來獲取光源位置，能夠解決現(xiàn)有技術中的光學法變形監(jiān)測的監(jiān)測結果不全面、監(jiān)測結果難以可視化的問題，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)觀測結果的可視化，提高目標光源的識別可靠性，降低識別難度，監(jiān)測結果全面。

技術領域

本發(fā)明屬于變形監(jiān)測技術領域，更具體地，涉及一種三維變形監(jiān)測方法和裝置。

背景技術

目前常見的變形監(jiān)測技術手段有GNSS、全站儀、激光掃描儀和近景攝影測量，干涉雷達等。基于GNSS的監(jiān)測手段對供電、電磁環(huán)境、通信等條件要求較高；三維激光掃描是掃描物體表面的，獲得點云數(shù)據(jù)，通過后期處理得到形變量，由于點云數(shù)據(jù)量大，難以實現(xiàn)實時性，且其精度和距離都極為有限；而測量機器人與干涉雷達可以實現(xiàn)高精度測量，但是成本偏高，不易維護。

攝影測量則有許多優(yōu)勢所在，例如，非接觸獲取數(shù)據(jù)、信息量豐富，自動化和精度都較高，可以將監(jiān)測成果疊加在光學圖像上，實現(xiàn)可視化的特點。另外，攝像機配合光源實現(xiàn)變形監(jiān)測的檢測方案成本低，易于維護。而在攝像機捕獲圖像的時候，獲取的不僅僅有LED燈的光線，還存在著實驗環(huán)境內(nèi)的背景光線，因此為了獲得較高精度、高可靠的實驗結果，需要對攝影機進行改造，通過在鏡頭前加紅外濾波片來排除日常光線對于實驗中圖像處理獲取LED燈位置坐標的影響。但是如此一來，就無法獲取人眼熟悉的光學圖像，觀測結果的可視化難以實現(xiàn)。另外，目前的光學法變形監(jiān)測方法的光源為單光源，僅能實現(xiàn)X,Y兩個方向的位移監(jiān)測，結果不全面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過提供一種三維變形監(jiān)測方法和裝置，解決現(xiàn)有技術中的光學法變形監(jiān)測的監(jiān)測結果不全面、監(jiān)測結果難以可視化的問題。

本發(fā)明提供一種三維變形監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟1、將LED光源組固定在觀測目標上，所述LED光源組包含多個LED燈；

步驟2、計算和控制設備發(fā)送第一控制信息至遠程控制單元，所述遠程控制單元根據(jù)所述第一控制信息控制所述LED光源組的開啟；通過攝像機采集所述LED光源組在開啟狀態(tài)下的第一圖像；所述計算和控制設備發(fā)送第二控制信息至遠程控制單元，所述遠程控制單元根據(jù)所述第二控制信息控制所述LED光源組的關閉；通過所述攝像機采集所述LED光源組在關閉狀態(tài)下的第二圖像；

步驟3、對所述第一圖像和所述第二圖像均進行灰度化處理；

步驟4、對灰度化后的所述第一圖像和所述第二圖像進行求差處理得到差值圖，對所述差值圖進行二值化處理，得到二值化差值圖；

步驟5、對所述二值化差值圖進行漫水填充處理，得到填充圖像；

步驟6、對所述填充圖像進行輪廓提取，基于輪廓提取結果對LED燈進行擬合，并得到LED燈的圓心坐標，記為第一圓心坐標信息；

步驟7、重復步驟2至步驟6，得到LED燈位置發(fā)生變化之后的圓心坐標，記為第二圓心坐標信息；

步驟8、基于相鄰的兩個所述LED燈之間的實際距離、所述第一圓心坐標信息、所述第二圓心坐標信息，計算得到觀測目標在z軸方向的位置變化信息；

步驟9、基于所述第一圓心坐標信息、所述第二圓心坐標信息、所述觀測目標在z軸方向的位置變化信息，計算得到觀測目標在x軸方向的位置變化信息、觀測目標在y軸方向的位置變化信息；綜合所述觀測目標在z軸方向的位置變化信息、所述觀測目標在x軸方向的位置變化信息、所述觀測目標在y軸方向的位置變化信息，得到觀測目標的位移結果信息。

優(yōu)選的，將所述第一圖像或所述第二圖像作為光學圖像，將所述光學圖像與所述觀測目標的位移結果信息進行疊加，得到觀測結果對應的可視化圖像。