一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置，该装置包括设置在装置外框内的控制单元、通讯单元、数据存储单元、CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元、传感器水平距离检测单元、编码检测与识别单元、成像传感器单元、CMOS图像传感器固定座以及电源模块；由固定安装的位移变形观测装置n‑1对前方位移变形观测装置n上的光点进行拍摄，不必对隧道全断面进行拍摄，前后多次重复观测时不存在仪器安装偏差；由于位移是通过观测布置在隧道内位移变形观测装置的光点，且设计成某一特定光源，不必用彩色图片，大大的降低了数据处理量的同时，保证了变形观测精度。

A displacement deformation observation device based on CMOS photosensitive imaging sensor

The utility model discloses a displacement and deformation observation device based on CMOS photosensitive imaging sensor, which comprises a control unit, a communication unit, a data storage unit, a CMOS image sensor horizontal state detection and adjustment unit, a sensor horizontal distance detection unit, a coding detection and identification sheet arranged in the outer frame of the device. Element, imaging sensor unit, CMOS image sensor fixed pedestal and power supply module; by fixed installation of displacement deformation observation device n_1 on the forward displacement deformation observation device n light point shooting, do not need to take a full section of the tunnel, before and after repeated observation there is no instrumental installation deviation; because displacement is By observing the light points of the displacement and deformation observation device arranged in the tunnel and designed as a specific light source, the data processing amount is greatly reduced and the deformation observation accuracy is guaranteed.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置
本技术属于位移变形观测领域，特别涉及一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置。
技术介绍
变形位移量测无论在科学技术研究还是在工程建设方面都有着其重要作用，比如测量大坝水平与垂直位移、隧道周边位移、构建物水平与垂直位移等。变形位移量测的方法有用激光距仪、全站仪、数字(传统)经纬仪以及数字照相进行量测。现有的变形位移量测存在测量装置复杂以及误差大等缺点，如全站仪、测距仪等在用于变形位移监测时，设备本身的精度、尤其是使用过程中人为操作上的误差是不可避免的；数字照相量测亦存在参照系的不可靠及后续分析中的系统误差其使用范围有限。例如目前在隧道施工中，隧道周边位移监测大多采用带钢尺的收敛计和带挂尺的水准仪来完成，由于钢尺材料受温度变化影响较大，尽管使用时对温度影响等进行修正(补偿)，仍存在较大偏差，此偏差随环境不同，有时甚至大于实际变形位移量；并且，位移监测数据是通过人工观测读取获得，同一个人在不同时间的存在一定的读取偏差，不同的人在同一时间也存在读取偏差；此外，由于钢尺的存在，监测过程与隧道施工相互干扰，当测点之间挂上钢尺时是禁止车辆通行的，当隧道施工有车辆通行亦无法进行变形位移数据采集的。当采用其他方法如全站仪等亦存在相似的问题。目前还有一种称之为常规数字照相机照相变形观测方法，然而常规数字照相机变形观测存在的主要问题有以下几个方面：1、精度不高，目前2K图像1920*1080＝2073600，约为200万个点(像素)，4K图像3840*2160＝8294400，约为800万个点(像素)。8K图像7680*4320＝33177600，约为3300万个点(像素)。当分别率为4000*3000＝12000000，即1200万个点(像素)，水平观测宽度为10m(隧道宽度)时，精度较差，点与点的水平距离约为10m/4000dpi＝2.5mm。当分别率为7680*4320＝33177600，约为3300万个点(像素)，水平观测宽度为10m(隧道宽度)时，精度仍然不理想，点与点的水平距离约为10m/7680dpi＝1.3mm。2、数据量大，目前大多数成品照相机均为彩色相机，8位2K彩色图像文件的大小约为1920*1080*8≈16.5MB，256位2K彩色图像文件的大小约为1920*1080*256≈532MB，256位4K彩色图像文件的大小约为3840*2160*256≈2.120GB。3、操作复杂，常规的照相机的变形观测先将现场照片取回，进行照片-数字转换，数据量大，参考系不确定，事实上由于照片-数字转换过程中的数据失真，分辨率越高数据量越大，压缩减少数据量但分辨率低。如何使得位移监测既满足高分别率的要求同时也满足合适的数据量要求，是急需解决的问题。
技术实现思路
本技术提供了一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置，其目的在于，克服现有技术中测量变形时，现有测量装置使用不便，无法同时满足高精度和低数据量的问题。一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置，包括：设置在装置外框内的控制单元、通讯单元、数据存储单元、CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元、传感器水平距离检测单元、编码检测与识别单元、成像传感器单元、CMOS图像传感器固定座以及电源模块；所述通讯单元、数据存储单元、CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元、水平距离检测单元、编码检测与识别单元以及成像传感器单元均与所述控制单元相连；所述CMOS图像传感器固定座5通过水平状态检测与调整单元1与装置外框16相连接，所述CMOS图像传感器固定在所述CMOS图像传感器固定座5上；所述电源模块与控制单元相连；所述成像传感器单元包括CMOS图像传感器、590nm光通片、定焦距镜头、图像处理单元、图像输出单元以及590nmLED光源，CMOS图像传感器、图像处理单元以及图像输出单元依次相连，且590nm光通片和定焦距镜头依次设置在CMOS图像传感器前，590nmLED光源设置在CMOS图像传感器后方。第n+1个成像传感器单元的590nmLED光源设置在CMOS图像传感器的后方向(设镜头方向为前进方向)，朝向第n个位移变形观测装置。水平距离检测单元，检测位移变形观测装置n至n+1的水平纵向距离，用于修正因水平纵向距离造成水平观测宽度变化产生的分辨率的变化。编码检测与识别单元的用途主要对位移变形观测装置的安装位置进行识别，并对位移变形观测装置的工作状态确认，便于组网及远程信息采集。进一步地，所述成像传感器单元上设有电动防尘门，所述电动防尘门包括设置在装置外框前端和后端的前防尘11和后防尘门14，所述装置外框前端边沿和后端边沿分别设置有前防尘门轨道3和后防尘门轨道15，所述前防尘11和后防尘门14均受控于防尘门驱动模块10，所述防尘门驱动模块10与控制单元4相连。与普通照相机相似，非工作状态下(或监测间歇期、运输安装过程等)处于关闭状态以保护镜头不被污损，采集数据时便打开此电动防尘门。进一步地，所述CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元采用电子伺服调整模块或机械式调整模块。为了确保CMOS图像传感器处于水平状态工作，即CMOS图像传感器的X方向是水平的，因为安装时难免有偏差，装置中设置了传感器水平状态检测与调整单元进行水平检测和调整。进一步地，所述水平距离检测单元为测距仪。进一步地，所述装置外框表面设置有反光片。进一步地，还包括与控制单元相连的预警单元。进一步地，所述装置外框顶端设置有安装接头6。通过安装接头6的设置，将多个本技术所述的装置分别固定在各自的支撑支架上，并将此支架安设于可能发生位移的部位，维持其稳定性。观测到的本技术所述的装置上LED光点位置的变化即为安设部位发生的位移变化。为了配合Y方向即纵向测距的可靠性，在第n+1个成像传感器单元的后方向(设镜头方向为前进方向)，朝第n个成像传感器单元方向设置一反光片整个位移变形观测装置后方向面设计成一垂直平面。应用本技术所述的的位移变形观测装置进行位移变形观测时，需要先将多个所述的位移变形观测装置设置在观测点上，开启装置后，实时获取各位移变形观测装置上获得的图像位移，基于现有计算过程，对图像位移进行换算得到待测对象的形变；其中，设置位移变形观测装置时，将n个位移变形观测装置依次设置于待测断面的观测点，在n个位移变形观测装置起始端且不发生位移的稳定点处设置一个基准位移变形观测装置；所述观测点是依次设置在随隧道掘进方向每间隔10～15m的距掌子面2m以内；根据相关规定要求：距掌子面不超过2m，且要求保证装置不被损毁，埋设时间为开挖后24h以内。根据变焦距望远镜结构的有自动调整和手动遥控调整，以获得清晰最佳的图像。在获得清晰图像后，为有利于图像的后续处理，设定合适亮度或值，以确定目标光点在图像上形成光斑范围不要太大或太小，同时也可提高抗光干扰能力。通过位移变形观测装置0摄取前方位移变形观测装置1光点图像，通过位移变形观测装置1摄取前方位移变形观测装置2光点图像，如此递进至掌子面最近的位移变形观测装置n。有益效果本技术提供了一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置，该装置包括设置在装置外框内的控制单元、通讯单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置，其特征在于，包括：设置在装置外框内的控制单元、通讯单元、数据存储单元、CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元、传感器水平距离检测单元、编码检测与识别单元、成像传感器单元、CMOS图像传感器固定座以及电源模块；所述通讯单元、数据存储单元、CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元、水平距离检测单元、编码检测与识别单元以及成像传感器单元均与所述控制单元相连；所述CMOS图像传感器固定座(5)通过水平状态检测与调整单元(1)与装置外框(16)相连接，所述CMOS图像传感器固定在所述CMOS图像传感器固定座(5)上；所述电源模块与控制单元相连；所述成像传感器单元包括CMOS图像传感器、590nm光通片、定焦距镜头、图像处理单元、图像输出单元以及590nm LED光源，CMOS图像传感器、图像处理单元以及图像输出单元依次相连，且590nm光通片和定焦距镜头依次设置在CMOS图像传感器前，590nm LED光源设置在CMOS图像传感器后方。

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS感光成像传感器的位移变形观测装置，其特征在于，包括：设置在装置外框内的控制单元、通讯单元、数据存储单元、CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元、传感器水平距离检测单元、编码检测与识别单元、成像传感器单元、CMOS图像传感器固定座以及电源模块；所述通讯单元、数据存储单元、CMOS图像传感器水平状态检测与调整单元、水平距离检测单元、编码检测与识别单元以及成像传感器单元均与所述控制单元相连；所述CMOS图像传感器固定座(5)通过水平状态检测与调整单元(1)与装置外框(16)相连接，所述CMOS图像传感器固定在所述CMOS图像传感器固定座(5)上；所述电源模块与控制单元相连；所述成像传感器单元包括CMOS图像传感器、590nm光通片、定焦距镜头、图像处理单元、图像输出单元以及590nmLED光源，CMOS图像传感器、图像处理单元以及图像输出单元依次相连，且590nm光通片和定焦距镜头依次设置在CMOS图像传感器前...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱业建，张学民，伍毅敏，雷明锋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43