[实用新型]一种基于机器视觉的桥梁动位移测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于桥梁工程的桥梁动位移测量装置，既适用于即时的桥梁动位移测量，又适用于大跨度的连续梁桥、连续刚构桥、斜拉桥和悬索桥的挠度长期实时监测，属于桥梁工程建筑领域，具体地说是涉及一种适用于桥梁工程动位移的实时监测装置。

背景技术

在现有技术中，桥梁工程结构中的动位移测量，桥梁竖向位移的监测一般采用全站仪法、反射镜法和水准仪法以及加速度传感器法、GPS法和机器视觉法，全站仪法、反射镜法和水准仪法都是静态测量，无法实现桥梁位移的动态、连续观测，也无法实现桥梁动位移的自动化处理，只能作为桥梁定期监测的一种手段，而且存在在人为参与环节中增加误差产生的缺陷；而加速度传感器法，对于低频静态位移鉴别效果差，为获得位移必须对它进行两次积分，精度不高，也无法实时；GPS法采用全球卫星定位系统，利用接收导航卫星载波相位进行实时相位差分即RTK技术，实时测定大桥位移，存在测量精度不高、价格昂贵等缺点。机器视觉测量融合了光学、电子、机械、传感器、计算机、图像处理、通信技术于一体，利用图像分析的方法动态测定大桥动位移，具有精度高、实时性强、非接触、能够长时间稳定工作等优点。目前，机器视觉法在桥梁动位移测量的原理为：利用光电和图像处理方法求解桥梁的动位移，具体实现方法为在桥梁被测点处放置靶标(点光源)，检测仪在岸上通过光学望远放大系统使靶标在CCD感光单元上成像，通过系统标定，检出桥梁在竖向和横桥向的动位移。系统标定是在测量之前进行的，即求解出线阵CCD上每个像素代表的实际位移值。这种方法存在的缺点是：由于靶标(点光源)和检测仪距离较远，可达几百米，这就要求光学系统为了获得清晰的数据图像必须选用长焦距镜头或望远系统。因此安装调试和测量过程中的些微误差经过长焦镜头或望远系统高倍放大以后很容易产生较大的测量误差，这种测量方式不仅造价昂贵，而且也容易造成较大的测量误差。

发明内容

本实用新型提供一种新型基于机器视觉的桥梁动位移测量装置，通过设置在岸上的激光源不断向设置在桥上被测点的靶标发射激光束，在标靶上产生激光光斑，由同样设置在桥上被测点靶标后面的集成成像单元连续进行图像拍摄和A/D转换后形成数字图像信号，经USB方式传输到PC机或数据存储卡上，再由运行图像处理软件的PC机进行目标的识别及运算，通过测量之前的系统标定，得到桥梁的动位移。由于靶标和集成成像单元通过同一机具设置于桥上被测点处，保证了靶标和集成成像单元的相对静止，从而可以拍摄出清晰的图像，以利于后续图像的分析和处理。系统标定是在测量之前进行的，即求解出CCD上每个像素代表的实际位移值。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

基于机器视觉的桥梁动位移测量装置主要由激光源a、靶标b、安装架c、集成成像单元和运行图像处理软件的PC机h组成。集成成像单元包含有光学镜头d、工业照相机e、图像采集卡f、数据存储卡g，集成成像单元的前端设置一个进行光学放大的光学镜头d，光学镜头d后设置一个进行光电转换的工业照相机e，工业照相机e通过图像采集卡f，再连接到运行图像处理软件的PC机h或数据存储卡g。靶标b由半透明、非透射、抗震性好的材料构成。设置在岸上的激光源a不断向设置在桥上被测点的靶标b发射激光束，激光束a在靶标b上成像，并在靶标b的另一面产生激光光斑，经光学镜头d放大成像后，由工业照相机e进行连续采集拍摄，采集的视频信号首先经图像采集卡f进行滤波、A/D转换变为数字图像数据输出，数字图像数据既可以通过USB接口输入到PC机h中，通过相应的数字图像处理算法对激光束在靶标b上的成像点进行目标特征的提取和识别，并根据坐标标定进行相关运算，最终实时得到桥梁的动位移值；也可以将数字图像数据存储到数据存储卡g中，经过一段时间的测量用PC机h将图像数据取出来，计算桥梁的动位移值，并进行相应的统计、分析、评估等。由于必须保证在靶标b另一面激光光斑能够清晰成像，且激光不能透射靶标b，以防对CCD感光单元造成损害，应选用半透明、非透射、抗震性好的材料制作，靶标b的尺寸大小根据桥梁动位移实际情况进行选择和更换，靶标b的安装应尽可能使激光束和靶标b的中心在同一条水平线上，以免靶标b在随桥梁振动条件下激光束偏离靶标b范围；集成成像单元的光学镜头d和工业照相机e的中心和靶标b的中心应在同一条水平线上，且靶标b和集成成像单元均安装于同一安装架c上，使它们同频同相同幅振动，以保证二者无相对位移。

本实用新型的优点：

1)能同时进行二维测量，测量竖桥向和横桥向桥梁的动位移；

2)将工业相机和靶标集成放置在桥面上，避免了使用长焦距镜头或光学望远系统，既降低了系统成本又提高了测量精度；