一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法。步骤如下：首先将红光半导体激光器固定在某一固定位置，将摄像头装在一个五面不透光，一面是半透光屏的长方体盒子内，并将该盒子固定在待测桥梁上。调整激光器的位置使得激光器光点打在半透光屏中央位置。摄像头接入嵌入式处理器，获取到含有光点的图像信息并处理得到该光点位置信息。随着桥梁挠度的变化，出现在光屏上的光点位置随之改变，通过光点位移测出挠度变化量。本发明专利技术操作方便简单，硬件轻且小，测量精确。

A bridge deflection detection method based on image processing

The invention discloses a bridge deflection detection method based on image processing. The following steps are as follows: first, the red light semiconductor laser is fixed in a fixed position, and the camera is mounted on a five surface without light transmission. One side is a rectangular box with a semi transparent screen, and the box is fixed on the bridge to be measured. The position of the laser is adjusted so that the laser spot is located in the center of the semi transparent screen. The camera is connected to the embedded processor to acquire the image information containing the light spot and process the location information of the light spot. With the change of the deflection of the bridge, the position of the light spot appearing on the screen changes accordingly, and the deflection variation is measured through the spot displacement. The invention is simple and convenient in operation, light and small in hardware, and accurate in measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法
本专利技术属于远距离非接触测量
，特别是一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法。
技术介绍
在机械化设备高度集中的现代社会中，测量技术无疑占据着举足轻重的地位。然而现在对测量设备的要求，不仅需要较高的测量精度、效率，更需要测量设备操作方便，携带轻巧，自动化程度高等。在一些特殊场合，例如高温、微小尺寸、高速、长时间检测等，传统的测量方法已经很难胜任日常需求。因此，对自动远距离非接触的新型测量方法进行探索和研究具有重大意义。非接触测量方法一般包括声波测量、光电测量、图像测量等，其中现阶段使用比较多的有声波测量技术和光电测量技术，但这两种测量技术存在一些弊端，他们对测量对象要求比较高，其中声波测量技术需要被测物表面反射能力强，否则测量结果不理想。随着计算机技术的发展，图像处理技术的日益完善，基于图像处理的测量技术在工程应用中得到了高度重视，并获得了迅速的发展。图像处理技术将数字图像处理技术、电子技术、控制技术、计算机技术和光电检测技术结合在一起，构成了一个完整的测量系统。基于图像处理测量系统，一般具有精度高、测量速度快、自动化程度高、操作简单、可长时间检测等优点。传统桥梁挠度检测方法存在一些难以避免的缺陷，百分比法，只适用于水较浅的河流上的桥梁；倾角仪法，这种方法对仪器设备本身和安装的精度要求高；静力水准仪法，精度高、抗干扰性强，但量程有限；精密水准仪法，只能靠人工测量，人为和环境的影响较大，效率较低；GPS卫星定位系统，测量精度不高，且成本较高等，而基于图像处理技术测量方法是一种能够避免这些缺陷的测量桥梁挠度的方法。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种操作简单、测量精度高的基于图像处理的桥梁挠度检测方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法，通过嵌入式系统采集含有目标光点的图像，并将获取的图像进行滤波去噪、特征提取和通过灰度质心法求出目标光点中心位置坐标。将目标光点最终位置与初始标定位置比较，从而确定移动实际距离，具体包括以下步骤：步骤1、将装有摄像头和靶平面的长方体盒子安装在桥梁上，其中靶平面位于摄像头的前方，将红色半导体激光器安装在非桥上的固定点，使得激光器光线与靶平面垂直，并且使目标光点初始位置处于靶平面中央，使用全站仪对靶平面和半导体激光器进行远距离校准，保证激光光线垂直入射至靶平面；之后用摄像头采集靶平面上的图像；所述长方体盒子的靶平面是半透光屏，其余五面不透光。步骤2、将采集到的彩色图像转换成灰度图像之后进行中值滤波和阈值分割，得到目标光点；所述中值滤波公式为：g(x,y)＝Med{f(x-k,y-l),k,l∈W}其中f(x,y)，g(x,y)分别是原目标点和处理后的点，W是二维模板，为十字形、圆形或圆环；阈值分割具体为将该图像中的每一个像素值与阈值进行比较，小于阈值的点像素被置0，大于或等于阈值的像素点值保持不变，其中阈值通过最大类间方差法确定，具体为：假设一幅图像I(x,y)，区分目标区域和背景区域的阈值设为T，定义ω0为背景区域内像素个数占总图像像素个数比例，μ0为背景区域像素的平均灰度值，ω1为目标区域内像素个数占总图像像素个数比例，μ1为目标区域像素的平均灰度值，μ为图像I(x,y)所有像素的平均灰度值，g为方差g＝ω0ω1(μ0-μ1)2；g最大时对应的灰度值为阈值T。步骤3、以靶平面左下角为原点，向上为x轴正方向，向右为y轴正方向，将只含有目标光点的图像通过加权灰度质心法，求出该目标光点所在光屏坐标系内的圆心坐标；加权灰度质心法所用公式为：其中I(x,y)为原图像的灰度值，(x,y)为目标光点区域内有效点位置坐标，(x0,y0)为中心坐标，T为阈值。步骤4、标定初始位置的坐标，当桥梁挠度发生变化时，目标光点位置随之变化，记录变化后的光点位置；之后求出光点位移量；步骤5、将光点位移量转化为实际位移量。所用公式为：s＝βd其中s是实际位移量，β是单个像素边长实际长度，d是光点位移量。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过识别红色半导体激光器光点落在光屏的位置来判断桥梁移动距离，具有较高的精度且受外界因素影响小；(2)整个过程都是通过嵌入式系统自行完成，具有高度自动化，操作简便；(3)所需硬件资源较少，方便长期检测桥梁，测量成本低。附图说明图1是本专利技术基于图像处理的桥梁挠度检测方法的原理图。图2是本专利技术基于图像处理的桥梁挠度检测方法的流程图。图3是本专利技术基于图像处理的桥梁挠度检测方法的目标光点图。具体实施方式本专利技术的方法首先通过USB摄像头获取含有目标光点的图像，嵌入式系统获取到图像流之后对该图像中值滤波、阈值分割处理，得到目标光点图像，通过灰度质心法求出该目标光点中心坐标。嵌入式系统不断检测该目标光点中心坐标位置，该点中心位置移动的距离乘以像素对应实际距离系数则为实际移动距离。本专利技术方法操作简单、所需硬件资源少、测量精度高等优点。结合附图，本专利技术的一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法，包括以下步骤：步骤1、将装有摄像头和靶平面的长方体盒子安装在桥梁上，其中靶平面位于摄像头的前方，将红色半导体激光器安装在非桥上的固定点，使得激光器光线与靶平面垂直，并且使目标光点初始位置处于靶平面中央，使用全站仪对靶平面和半导体激光器进行远距离校准，保证激光光线垂直入射至靶平面；之后用摄像头采集靶平面上的图像；所述长方体盒子的靶平面是半透光屏，其余五面不透光。步骤2、将采集到的彩色图像转换成灰度图像之后进行中值滤波和阈值分割，得到目标光点；所述中值滤波公式为：g(x,y)＝Med{f(x-k,y-l),k,l∈W}其中f(x,y)，g(x,y)分别是原目标点和处理后的点，W是二维模板，为十字形、圆形或圆环；阈值分割具体为将该图像中的每一个像素值与阈值进行比较，小于阈值的点像素被置0，大于或等于阈值的像素点值保持不变，其中阈值通过最大类间方差法确定，具体为：假设一幅图像I(x,y)，区分目标区域和背景区域的阈值设为T，定义ω0为背景区域内像素个数占总图像像素个数比例，μ0为背景区域像素的平均灰度值，ω1为目标区域内像素个数占总图像像素个数比例，μ1为目标区域像素的平均灰度值，μ为图像I(x,y)所有像素的平均灰度值，g为方差g＝ω0ω1(μ0-μ1)2；g最大时对应的灰度值为阈值T。步骤3、以靶平面左下角为原点，向上为x轴正方向，向右为y轴正方向，将只含有目标光点的图像通过加权灰度质心法，求出该目标光点所在光屏坐标系内的圆心坐标；加权灰度质心法所用公式为：其中I(x,y)为原图像的灰度值，(x,y)为目标光点区域内有效点位置坐标，(x0,y0)为中心坐标，T为阈值。步骤4、标定初始位置的坐标，当桥梁挠度发生变化时，目标光点位置随之变化，记录变化后的光点位置；之后求出光点位移量；步骤5、将光点位移量转化为实际位移量。将光点位移量转化为实际位移量所用公式为：s＝βd其中s是实际位移量，β是单个像素边长实际长度，d是光点位移量。本专利技术的方法所需硬件资源较少，方便长期检测桥梁，测量成本低。下面进行更详细的描述：结合图1，本专利技术基于图像处理的桥梁挠度检测方法，通过采集图像获取含有目标光点位置的图像，经嵌入式系统对获取图像进行中值滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将装有摄像头和靶平面的长方体盒子安装在桥梁上，其中靶平面位于摄像头的前方，将红色半导体激光器安装在非桥上的固定点，使得激光器光线与靶平面垂直，并且使目标光点初始位置处于靶平面中央，使用全站仪对靶平面和半导体激光器进行远距离校准，保证激光光线垂直入射至靶平面；之后用摄像头采集靶平面上的图像；步骤2、将采集到的彩色图像转换成灰度图像之后进行中值滤波和阈值分割，得到目标光点；步骤3、以靶平面左下角为原点，向上为x轴正方向，向右为y轴正方向，将只含有目标光点的图像通过加权灰度质心法，求出该目标光点所在光屏坐标系内的圆心坐标；步骤4、标定初始位置的坐标，当桥梁挠度发生变化时，目标光点位置随之变化，记录变化后的光点位置；之后求出光点位移量；步骤5、将光点位移量转化为实际位移量。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的桥梁挠度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将装有摄像头和靶平面的长方体盒子安装在桥梁上，其中靶平面位于摄像头的前方，将红色半导体激光器安装在非桥上的固定点，使得激光器光线与靶平面垂直，并且使目标光点初始位置处于靶平面中央，使用全站仪对靶平面和半导体激光器进行远距离校准，保证激光光线垂直入射至靶平面；之后用摄像头采集靶平面上的图像；步骤2、将采集到的彩色图像转换成灰度图像之后进行中值滤波和阈值分割，得到目标光点；步骤3、以靶平面左下角为原点，向上为x轴正方向，向右为y轴正方向，将只含有目标光点的图像通过加权灰度质心法，求出该目标光点所在光屏坐标系内的圆心坐标；步骤4、标定初始位置的坐标，当桥梁挠度发生变化时，目标光点位置随之变化，记录变化后的光点位置；之后求出光点位移量；步骤5、将光点位移量转化为实际位移量。2.根据权利要求1所述的基于图像处理的桥梁挠度检测方法，其特征在于，步骤1中所述长方体盒子的靶平面是半透光屏，其余五面不透光。3.根据权利要求1所述的基于图像处理的桥梁挠度检测方法，其特征在于，步骤2中所述中值滤波公式为：g(x,y)＝Med{f(x-k...

【专利技术属性】
技术研发人员：房红兵，林英豪，高建坡，张吉璇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32