[发明专利]一种裂隙监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于图像监测技术领域，具体涉及一种裂隙监测系统及方法。

背景技术

中国是具有五千年悠久历史的文明古国，文化遗产丰富，文物保护工作艰巨而复杂。随着文化遗产保护理念从“抢救性保护”向“预防性保护”的转变，文化遗产监测就显得越来越重要。

文物本体监测作为文化遗产监测中的重要环节之一，主要从文物本体的形态、结构、病害等几个方面进行监测。

目前针对文物本体裂隙变化的监测主要采用电阻应变片、位移传感器等接触式监测技术，此类监测技术会对文物本体造成不同程度的损害。随着科学技术的发展和文化遗产保护要求的提高，越来越多新的理念和方法被引入进来，下面对现有主要监测技术作简单介绍：

接触式监测技术

接触式监测方式多采用电阻应变片，根据金属导体的应变效应，当被测物体受力沿电阻丝方向发生形变时，电阻丝随之一起变形，因而电阻丝的阻值也发生改变，根据应变片的灵敏系数，数据采集仪器可测得应变片电阻值的变化，并将之转换成裂隙的变化值。

这种监测方式有很大的局限性，因需要在本体表面进行粘贴和处理，因此在壁画表面、土遗址表面等监测应用场景下不适用。

图像处理技术

基于图像处理技术进行本体裂隙变化监测，主要是对现场所采集的数字图像进行处理。数字图像通常是由一个矩形像素矩阵构成，一帧图像可以描述成N×M位像素，其中N和M是像素点的数目，图像处理实际上就是对像素矩阵中像素值的数字化处理。

通过高清成像设备采集现场图像，采用二值化及边缘检测方法得到原始图像的特征区域轮廓，经过定位、分割、解码计算出区域中心点像素坐标，最终按照比例尺将不同像素点的差值换算成实际距离，从而得到裂隙的变化值。

虽然图像处理技术不会对文物表面产生影响，但是该技术本身的数据处理任务巨大，实现成本很高。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明通过使用带特征点图标对文物本体的裂隙变化进行检测，不仅计算量小，成本低，便于实施，而且不会对文物本体表面造成损坏。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种裂隙监测系统，包括光学相机，带有特征点的图标以及上位机；

其中，带有特征点的图标为两个，且分别固定安装在待测裂隙的两侧，两个带有特征点的图标均位于光学相机的视场范围内，光学相机将两个带有特征点的图标以及待测裂隙的图像，按照时间间隔t不断的上传给上位机。

为了避免带有特征点的图标可能与应用现场的背景有很大的相似度，同时利于后期系统功能的扩展，该系统中带有特征点的图标选用二维码图标。

另外，针对不同的应用场景，所述二维码图标采用沉积雕刻技术在不锈钢板上形成或者采用在PVC板上雕刻而成。

需要说明的是：该系统中带有特征点的图标还可以选用工业色标。

上述带有特征点的图标采用粘接固定或者不锈钢图钉固定。

具体来说，光学相机与待测裂隙之间的距离在3m范围之内，光学相机大于130万像素。

基于上述裂隙监测系统的描述，现对采用该系统对文物本体裂隙进行监测的方法进行一下说明：

该监测方法包括以下步骤：

1)系统装调；

在系统开始工作前对监测系统中各个部件进行装调操作，包括固定光学相机的位置、调整光学相机的焦距；

2)光学相机的标定；

光学相机拍摄的目标图像，所述目标图像包括待测裂隙以及两个两个带特征点图标；获取两个带特征点图标中特征点之间的像素尺寸和两个带特征点图标中两个特征点的实际物理尺寸，并将像素尺寸和实际物理尺寸作比，获得系数K；

3)图像采集；

设间隔时间为t，光学相机每间隔一个时间t对待测裂隙以及两个带特征点图标进行拍照获得N幅目标图像，并将N幅目标图像上传至上位机；

4)图像处理；

分别获得N幅目标图像中特征点之间的像素尺寸，并通过步骤2)中的系数K换算出特征点之间的实际尺寸；

建立坐标系，以时间轴为横轴，实际长度值为纵轴；得出不同目标图像中所对应的特征点之间实际尺寸变化的曲线；所述曲线反映了裂隙的宽度变化和骤变趋势；所述骤变趋势为裂隙宽度变化的幅度。

上述方法存在两方面缺陷：1、特征点的误识别率较高，可能与应用现场的背景有很大的相似度；2、这种没有任何含义的特征点图标不利于后期系统扩展。

若带有特征点的图标为二维码图标时，监测方法具体如下：

1)系统装调；