一种钢结构局部几何变形的测量系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种钢结构局部几何变形的测量系统和方法。其中的方法包括：对拍摄设备进行畸变标定；使用所述拍摄设备按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄；对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。应用本发明专利技术可以在保证操作人员安全的同时对钢结构局部几何变形自动进行准确的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学测量和几何变形测量
，尤其涉及一种基于数字图像的三维成像技术的钢结构局部几何变形的测量系统和方法。
技术介绍
局部几何变形损伤是钢结构的损伤的一种典型形式，包括梁、柱的翼缘板、腹板以及加劲肋、檩条、压型钢板等钢结构主要构件以及各类连接件的变形损伤，具体的损伤形式包括板件翘曲、局部鼓包、扭转等。钢结构局部几何变形损伤会对钢结构的承载能力产生严重影响，变形检测结果是既有钢结构承载能力分析与鉴定的重要内容。当前针对钢结构局部几何变形损伤主要是采用人工接近后进行手工测量的手段，主要的测量仪器包括游标卡尺、卷尺等。对于产生空间变形、变形形式复杂的部位，一般仅通过拍照、利用照片对变形进行定性描述。然而，现有技术中的上述测量手段很难对变形形态与变形量进行准确描述，测得的变形值难以还原、恢复至实际变形状况；同时，对于高空中的钢结构局部变形测量须利用高空作业开展，作业中存在一定安全隐患且高空测量的准确性值得商榷。总而言之，虽然钢结构局部变形测量在结构安全性鉴定中尤为重要，但目前的变形测量技术存在测量手段落后、技术水平低、测量难以还原与恢复到原始结构变形状态、高空检测存在安全隐患等诸多问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种钢结构局部几何变形的测量系统和方法，从而可以在保证操作人员安全的同时对钢结构局部几何变形自动进行准确的测量。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种钢结构局部几何变形的测量系统，该测量系统包括：变标定装置、拍摄装置和数字图像处理装置；所述畸变标定装置，用于对所述拍摄设备进行畸变标定；所述拍摄装置，用于按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄，
将拍摄得到的数字图像发送给所述数字图像处理装置；所述数字图像处理装置，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。较佳的，所述拍摄装置为：感光元件尺寸23.9x36mm及以上、分辨率1800万像素及以上的相机。较佳的，所述畸变标定装置包括：棋盘格标定板和标定单元；所述棋盘格标定板，用于对拍摄设备进行畸变测试；所述标定单元，用于确定拍摄设备所需使用的焦段，并对于所确定的焦段，使用所述棋盘格标定板对拍摄设备进行畸变测试，采用基本标定算法，根据畸变测试结果对拍摄设备内参与镜头畸变系数进行标定。较佳的，所述棋盘格标定板的精度为：+/-0.1毫米。较佳的，所述数字图像处理装置包括：预处理单元、三维重建单元、模型标定单元和变形测量单元；所述预处理单元，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理，将预处理后的数字图像发送给所述三维重建单元；所述三维重建单元，用于根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；所述模型标定单元，用于确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；所述变形测量单元，用于根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。较佳的，所述预处理单元还包括：第一处理模块和第二处理模块；所述第一处理模块，用于检测所述数字图像的模糊程度，去除低于预设的数字图像模糊指标的数字图像；所述第二处理模块，用于去除未包含待检测的钢结构损伤处的数字图像。较佳的，所述模型标定单元还包括：测距单元和尺寸标定单元；所述测距单元，用于测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的多个关键点之间的距离；所述尺寸标定单元，用于对于每个所获取的距离数据，根据该距离数据以及拍摄
得到的数字图像中与该距离数据相对应的尺寸，计算得到相应的尺寸比例系数；对计算得到的所有尺寸比例系数取平均值，得到所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数。较佳的，所述测距单元为激光测距仪。本专利技术还提供了一种钢结构局部几何变形的测量方法，该方法包括：对拍摄设备进行畸变标定；使用所述拍摄设备按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄；对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。较佳的，所述对拍摄设备进行畸变标定包括：确定拍摄设备所需使用的焦段；对于所确定的焦段，使用棋盘格方法对拍摄设备进行畸变测试；采用基本标定算法，根据畸变测试结果对拍摄设备内参与镜头畸变系数进行标定。较佳的，在拍摄过程中，利用激光测距仪测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的关键点之间的距离，并将所测量得到的距离数据将写入所拍摄的照片的exif数据中。较佳的，所述对通过拍摄得到的数字图像进行预处理包括：检测所述数字图像的模糊程度，去除低于预设的数字图像模糊指标的数字图像；去除未包含待检测的钢结构损伤处的数字图像。较佳的，所述去除低于预设的数字图像模糊指标的数字图像包括：预先设置一个特征点阈值作为数字图像模糊指标；计算各个数字图像的特征点的个数；将特征点小于所述特征点阈值的数字图像去除。较佳的，所述去除未包含待检测的钢结构损伤处的数字图像包括预先选取一个完整包含待检测的钢结构损伤处的数字图像A；利用数字图像的特征点匹配算法计算各个数字图像与数字图像A的匹配特征点的个数；去除匹配特征点的个数小于预设图像重叠指标的数字图像。较佳的，所述确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数包括：测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的多个关键点之间的距离；对于每个所获取的距离数据，根据该距离数据以及拍摄得到的数字图像中与该距离数据相对应的尺寸，计算得到相应的尺寸比例系数；对计算得到的所有尺寸比例系数取平均值，得到所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数。较佳的，在测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的多个关键点之间的距离之后，该方法还进一步包括：获取待检测的钢结构损伤处的预设多个关键点之间的实际距离。较佳的，该方法还进一步包括：在确定结构变形量之后，根据所确定的结构变形量，进行逆向工程，建立变形的三维连续模型。由上述技术方案可见，在本专利技术的钢结构局部几何变形的测量系统和方法中，由于首先对拍摄设备进行畸变标定，然后在测量现场使用所述拍摄设备按照预设轨迹对钢结构变形局部(即待检测的钢结构损伤处)进行定焦距环绕拍摄，接着根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，并根据所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数对所述三维模型进行标定，最后再根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量，从而可以在保证操作人员安全的同时对钢结构局部几何变形自动进行准确的测量。附图说明图1为本专利技术实施例中的钢结构局部几何变形的测量系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例中对钢结构损伤处进行环绕拍摄的示意图。图3为本专利技术实施例中的棋盘格标定板的示意图。图4为本专利技术实施例中的钢结构局部几本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢结构局部几何变形的测量系统，其特征在于，该测量系统包括：变标定装置、拍摄装置和数字图像处理装置；所述畸变标定装置，用于对所述拍摄设备进行畸变标定；所述拍摄装置，用于按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄，将拍摄得到的数字图像发送给所述数字图像处理装置；所述数字图像处理装置，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。

【技术特征摘要】
1.一种钢结构局部几何变形的测量系统，其特征在于，该测量系统包括：变标定装置、拍摄装置和数字图像处理装置；所述畸变标定装置，用于对所述拍摄设备进行畸变标定；所述拍摄装置，用于按照预设轨迹对待检测的钢结构损伤处进行定焦距环绕拍摄，将拍摄得到的数字图像发送给所述数字图像处理装置；所述数字图像处理装置，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理；根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变形测量，确定结构变形量。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：所述拍摄装置为：感光元件尺寸23.9x36mm及以上、分辨率1800万像素及以上的相机。3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述畸变标定装置包括：棋盘格标定板和标定单元；所述棋盘格标定板，用于对拍摄设备进行畸变测试；所述标定单元，用于确定拍摄设备所需使用的焦段，并对于所确定的焦段，使用所述棋盘格标定板对拍摄设备进行畸变测试，采用基本标定算法，根据畸变测试结果对拍摄设备内参与镜头畸变系数进行标定。4.根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于：所述棋盘格标定板的精度为：+/-0.1毫米。5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述数字图像处理装置包括：预处理单元、三维重建单元、模型标定单元和变形测量单元；所述预处理单元，用于对通过拍摄得到的数字图像进行预处理，将预处理后的数字图像发送给所述三维重建单元；所述三维重建单元，用于根据预处理后的数字图像，进行局部模型三维重建，得到待检测的钢结构损伤处的三维模型；所述模型标定单元，用于确定所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数，并根据所确定的比例系数对所述三维模型进行标定；所述变形测量单元，用于根据标定后的三维模型对待检测的钢结构损伤处进行变
\t形测量，确定结构变形量。6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述预处理单元还包括：第一处理模块和第二处理模块；所述第一处理模块，用于检测所述数字图像的模糊程度，去除低于预设的数字图像模糊指标的数字图像；所述第二处理模块，用于去除未包含待检测的钢结构损伤处的数字图像。7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述模型标定单元还包括：测距单元和尺寸标定单元；所述测距单元，用于测量拍摄设备的光心与待检测的钢结构损伤处中预设的多个关键点之间的距离；所述尺寸标定单元，用于对于每个所获取的距离数据，根据该距离数据以及拍摄得到的数字图像中与该距离数据相对应的尺寸，计算得到相应的尺寸比例系数；对计算得到的所有尺寸比例系数取平均值，得到所述三维模型的尺寸与实际尺寸之间的比例系数。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇飞，郭小华，杨建平，幸坤涛，李忠煜，冯绍攀，
申请(专利权)人：中冶建筑研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11