基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统和方法技术方案

本发明专利技术提供的一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统，包括棋盘格标志物，图像采集设备和监测平台；棋盘格标志物安放在边坡坡面作为监测点；图像采集设备安装在边坡对面，用于拍摄棋盘格标志物；监测平台包括图像处理模块和计算模块；图像处理模块用于进行图像分析，包括对棋盘格标志物图像进行角点检测，对角点图像坐标进行对应匹配完成边坡表面的三维重建，获取棋盘格标志物的深度图像，测算棋盘格标志物与图像采集设备的景深距离；计算模块用于计算，以图像采集设备拍摄的模板图像和监测图像的景深距离，算出棋盘格标志物相对于图像采集设备的位移值，完成对边坡表面变形的实时监测。

Monitoring System of Slope Surface Deformation Based on Checkerboard Marking Method

【技术实现步骤摘要】
基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统和方法
本专利技术涉及边坡表面变形的监测
，具体涉及一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统和方法。
技术介绍
目前，对边坡表面变形的监测，一般采用在边坡上埋置传感器，监测传感器的位移情况进而推算边坡表面的变形情况；或者采用基于卫星定位边坡监测点的空间坐标，监测空间坐标的变化来计算边坡表面的变形情况。但上述系统布设安装较为复杂，同时实施和运行维护成本较高。现有一种基于计算机视觉的边坡变形监测设备和方法，使用棋盘格作为标志物，通过摄像机对棋盘格标志物拍照，然后使用图像处理技术还原棋盘格标志物的空间坐标，计算空间坐标的位移情况，进而监测边坡的变形情况。但现有技术中在进行图像处理时，对棋盘格标志物的角点检测一般是采用直线相交提取算法。这种算法在棋盘格标志物出现倾斜角度时，比如超过30度时，会出现无法检测到角点的问题；同时，当摄像头畸变系数较大时，直线将发生弯曲，引入较大误差，后续算法对该误差进行校准会采用大量的运算，对图像处理设备的硬件性能要求会提高，也会影响整个监测系统的运行效率和监测实时性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统和方法，以解决现有技术中存在的技术问题。本专利技术提供的一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统，包括棋盘格标志物，图像采集设备和监测平台；棋盘格标志物安放在边坡坡面作为监测点；图像采集设备安装在边坡对面，用于拍摄棋盘格标志物的模板图像和监测图像，并将拍摄的模板图像和监测图像传输至监测平台；监测平台包括图像处理模块和计算模块，图像采集设备与所述监测平台的图像处理模块相连接；图像处理模块用于进行图像分析，包括对棋盘格标志物图像进行角点检测获得角点图像坐标，对角点图像坐标进行对应匹配完成边坡表面的三维重建，获取棋盘格标志物的深度图像，测算棋盘格标志物与图像采集设备的景深距离；计算模块用于分别计算图像采集设备拍摄的模板图像和监测图像的景深距离，并判断模板图像的景深距离与监测图像的景深距离是否变化，从而计算出棋盘格标志物相对于图像采集设备的位移变化值。进一步的，图像处理模块获得棋盘格标志物上各像素点的深度信息，以各像素点深度信息的算数平均值作为景深距离。进一步的，图像处理模块对棋盘格标志物用sobel算子进行边缘检测，记下边缘像素的坐标，在边缘像素处用改进后的SUSAN算子进行角点检测。进一步的，改进SUSAN算子亚像素角点检测算法，还包括使用灰度平方重心法进行亚像素角点定位。进一步的，图像采集设备使用立体视觉方式对边坡表面进行图像采集。进一步的，立体视觉方式为双目视觉系统。一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对需要监测的边坡表面，选取危险点或潜在变形点，安放好棋盘格标志物作为监测点；S2.在需要监测的边坡对面，沿待监测边坡的长度方向放置图像采集设备；S3.使用图像采集设备拍摄棋盘格标志物，首次拍摄的棋盘格标志物图像作为模板图像，并将拍摄的模板图像传输给监测平台中的图像处理模块；S4.图像处理模块使用棋盘格标志物的图像进行边坡三维重建；S5.图像采集设备定时对棋盘格标志物拍摄图像作为监测图像，并将监测图像传输给监测平台中的图像处理模块，获取棋盘格标志物的深度图像，得出棋盘格标志物与图像采集设备的景深距离；S6.监测平台的计算模块，以图像采集设备拍摄的模板图像与监测图像的景深距离是否变化，从而计算出棋盘格标志物相对于图像采集设备的位移变化值。由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果：1.使用图像采集设备拍摄安放在边坡表面的棋盘格标志物，通过拍摄到的图片获取棋盘格标志物的深度图像，测算棋盘格标志物与图像采集设备的景深距离，以图像采集设备拍摄的初始位置景深距离作为参照，根据实时监测时的景深距离，算出棋盘格标志物相对于图像采集设备的位移值，来判断边坡坡面变形情况。上述技术方案布设简单，成本低廉，可以在边坡所有的危险点或者潜在变形点设置观测棋盘格标志物；景深距离是通过图像像素点的深度信息直接换算得到的，比计算欧式空间几何距离的算法更加简单。2.通过改进SUSAN算子亚像素角点检测算法，可避免传统SUSAN算子混淆角点和边缘的问题，有效的检测出正确的角点，由于只在棋盘格边缘点附近进行角点检测，其运算速度可以大大提高，非常适合运用棋盘格对图像采集设备进行在线标定，完成实时监测；使用灰度平方重心法进行亚像素角点定位，可以实现对图像采集设备更精确的标定，提高系统的监测精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为本专利技术监测系统架构示意图。图2为本专利技术的监测方法流程图。附图标记：1a-第一摄像机，1b-第二摄像机，2-图像处理模块，3-计算模块，4-监测平台。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。实施例1如图1所示，本专利技术提供一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统，包括棋盘格标志物，图像采集设备和监测平台；棋盘格标志物安放在边坡坡面作为监测点；图像采集设备安装在边坡对面，用于拍摄棋盘格标志物的模板图像和监测图像，并将拍摄的模板图像和监测图像传输至监测平台；监测平台包括图像处理模块和计算模块，图像采集设备与所述监测平台的图像处理模块相连接；图像处理模块用于进行图像分析，包括对棋盘格标志物图像进行角点检测获得角点图像坐标，对角点图像坐标进行对应匹配完成边坡表面的三维重建，获取棋盘格标志物的深度图像，测算棋盘格标志物与图像采集设备的景深距离；计算模块用于分别计算图像采集设备拍摄的模板图像和监测图像的景深距离，并判断模板图像的景深距离与监测图像的景深距离是否变化，从而计算出棋盘格标志物相对于图像采集设备的位移变化值。以下对边坡表面变形监测系统的工作原理进行详细说明：对需要监测的边坡表面，选取危险点或潜在变形点，安放好棋盘格标定板作为监测点。棋盘格标定板可采用亚克力平板或玻璃平板作为基材，基材中间夹放了黑白相间棋盘格标定格子，这样可以防止雨水或其它物质侵湿和污染棋盘格。优选的，玻璃棋盘格标定板为外形尺寸100ⅹ100ⅹ5mm，方格尺寸为5ⅹ5mm，图像精度为2μm。在需要监测的边坡对面，沿待监测边坡的长度方向放置摄像机作为图像采集设备，优选为安装2个摄像机构成双目视觉系统。摄像机的放置位置选在能使各监测点同时处在两个摄像机的拍摄范围内，摄像机距离边坡优选为8-12米。将监测平台放在任意一摄像机旁侧或者两个摄像机的中间；摄像机和监测平台相连接，优选为无线通信方式进行图像文件的传输。使用摄像机拍摄的棋盘格标志物，将拍摄的图像传输给监测平台中的图像处理模块。图像处理模块使用棋盘格标志物的图像进行边坡三维重建，三维重建的具体步骤为：1、利用棋盘格标志本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统，其特征在于：包括棋盘格标志物，图像采集设备和监测平台；所述棋盘格标志物安放在边坡坡面作为监测点；所述图像采集设备安装在边坡对面，用于拍摄棋盘格标志物的模板图像和监测图像，并将拍摄的模板图像和监测图像传输至监测平台；所述监测平台包括图像处理模块和计算模块，所述图像采集设备与所述监测平台的图像处理模块相连接；所述图像处理模块用于进行图像分析，包括对棋盘格标志物图像进行角点检测获得角点图像坐标，对角点图像坐标进行对应匹配完成边坡表面的三维重建，获取棋盘格标志物的深度图像，测算棋盘格标志物与图像采集设备的景深距离；所述计算模块用于分别计算图像采集设备拍摄的模板图像和监测图像的景深距离，并判断模板图像的景深距离与监测图像的景深距离是否变化，从而计算出棋盘格标志物相对于图像采集设备的位移变化值。

【技术特征摘要】
1.一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统，其特征在于：包括棋盘格标志物，图像采集设备和监测平台；所述棋盘格标志物安放在边坡坡面作为监测点；所述图像采集设备安装在边坡对面，用于拍摄棋盘格标志物的模板图像和监测图像，并将拍摄的模板图像和监测图像传输至监测平台；所述监测平台包括图像处理模块和计算模块，所述图像采集设备与所述监测平台的图像处理模块相连接；所述图像处理模块用于进行图像分析，包括对棋盘格标志物图像进行角点检测获得角点图像坐标，对角点图像坐标进行对应匹配完成边坡表面的三维重建，获取棋盘格标志物的深度图像，测算棋盘格标志物与图像采集设备的景深距离；所述计算模块用于分别计算图像采集设备拍摄的模板图像和监测图像的景深距离，并判断模板图像的景深距离与监测图像的景深距离是否变化，从而计算出棋盘格标志物相对于图像采集设备的位移变化值。2.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统，其特征在于：所述图像处理模块获得棋盘格标志物上各像素点的深度信息，以各像素点深度信息的算数平均值作为景深距离。3.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标志法的边坡表面变形监测系统，其特征在于，所述图像处理模块对棋盘格标志物用sobel算子进行边缘检测，记下边缘像素的坐标，在边缘像素处用改进后的SUSAN算子进行角点检测。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎宗岭，张小松，黄河，柴贺军，徐峰，谭玲，李海平，杜孟秦，杨光清，张瑶，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50