一种圆柱体异形鼓曲检测装置与识别方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种圆柱体异形鼓曲检测装置与识别方法，该装置包括摄像机、激光测距仪、水平仪和三脚架，将单目视觉与激光组合用于检测钢管混凝土柱在受到低周反复荷载后出现异形鼓曲的最大直径。本发明专利技术可以满足测量的需求，提高了测量装置的机动性、灵活性及其测量的准确性，避免频繁轮流使用互相分离的摄像机与激光测距仪而降低测量效率与测量精度，而且使用基于二次灰度值处理的霍夫变换，寻找和计算与鼓曲最大直径两端点处相切的圆，并进行二次灰度阈值处理，减少剩余的噪点，可获得试件精确的最大鼓曲位置以及异形鼓曲的最大直径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及检测
，特别涉及一种圆柱体异形鼓曲检测装置与识别方法。
技术介绍
现代工程结构及桥梁向大跨和重载发展，形状为圆柱体的钢管混凝土柱具有承受断裂、变形、失稳等损伤的优势。当承受地震、超载等非线性荷载作用时，建筑结构的损伤会加速。人们用低周反复荷载试验模拟地震受力，研究了大尺寸的钢管混凝土柱抗震性，虽然基于图像的损伤检测及裂纹识别研究已形成热点，但是较少讨论钢管混凝土柱在裂纹产生前的鼓曲变形的图像检测，未见用单目视觉融合激光一起进行钢管损伤变形的三维异形曲面检测。观测受载荷后的钢管混凝土柱可知，鼓曲变形的表面轮廓不是规则的三维异形曲面。目前，对于鼓曲变形损伤程度的检测基本上是采用接触式测量方法，需要检测人员借助专用设备定期进行检测，工作强度大、检测费用高且对工作的安全要求也很高。同时，由于鼓曲面是不规则的异形曲面，所以在人工测量时容易产生较大的测量误差，难以达到较高的测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种检测精度高、成本低、工艺简单的圆柱体异形鼓曲检测装置，是将单目视觉与激光组合用于检测。本专利技术的另一目的在于提供一种圆柱体异形鼓曲检测识别方法，可以检测出钢管混凝土柱在受到低周反复荷载后出现异形鼓曲的最大直径。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种圆柱体异形鼓曲检测装置，包括摄像机2、激光测距仪4、水平仪3和三脚架1；三脚架1包括三脚支架13和三脚架基座12，三脚支架13的三个支架通过连接肋15和中轴滑块14来调节三个支架张开的角度，从而能够微调摄像机2的高度；三脚支架13的上方是三脚架基座12，三脚架基座12设置有插槽，插槽中插有插板11，摄像机2通过螺纹与插板11相连接；三脚架基座12的外部固定连接有外伸板16，用于安装激光测距仪4，外伸板16的上表面开有沟槽，沟槽与活动滑块17的底部凸起结构配合连接，使得活动滑块17可以在外伸板16上自由滑动；三脚架基座12上固定有弹簧19，用于对活动滑块17产生推力，使活动滑块17向右滑动；外伸板16的外端固定连接有固定挡板18，通过活动滑块17与固定挡板18将激光测距仪4夹紧。白色挡板6位于钢管混凝土柱5的后方，与钢管混凝土柱5的鼓曲面相切，并且垂直于摄像机2的光轴。白色挡板6用于遮挡后面的复杂背景，减少噪声，同时作为视觉检测空间几何参数的基准。三脚架基座12上安装有两个水平仪3，分别平行和垂直于摄像机2的光轴，用于保证摄像机2的光轴平行于水平地面8。所述激光测距仪的精度为0.1mm。一种圆柱体异形鼓曲检测识别方法，是采用上述的圆柱体异形鼓曲检测装置，将单目视觉与激光测距组合用于检测钢管混凝土柱在受到低周反复荷载后出现异形鼓曲的最大直径，具体包括下述步骤：(1)试件加载：对钢管混凝土柱试件加载，获得带有异形鼓曲面的钢管混凝土柱；将白色挡板放在钢管混凝土柱的后方，正对着摄像机且紧贴着异形鼓曲面；(2)摄像机标定和像素标定：通过摄像机标定来获取用于校正拍摄图像畸变的摄像机内部参数和畸变参数；通过像素标定来得到像素距离与实际物理距离的转换关系，即单位像素对应的毫米长度；(3)获取异形鼓曲的图像并去畸变：通过摄像机捕获异形鼓曲的数字图像，然后根据摄像机的标定结果对数字图像进行畸变校正，得到异形鼓曲的校正图像；(4)灰度化与平滑：将异形鼓曲的校正图像进行灰度化，将其红、绿、蓝三个分量以不同的权值进行加权平均；然后用高斯函数对检测区域进行平滑处理，获得异形鼓曲的平滑单通道灰度图像；(5)激光测距：用激光测距仪测量摄像机到白色挡板的距离，建立实际曲线边缘点与成像边缘参数之间的映射关系、像素与检测目标的数学转换关系；(6)改进的Canny边缘检测：使用快速定义阈值的Canny算法，得到异形鼓曲的边缘图像；(7)鼓曲最大像素宽度求取：使用基于二次灰度值处理的霍夫变换，寻找和计算与异形鼓曲最大直径两端点处相切的圆，并进行二次灰度阈值处理，减少剩余的噪点；(8)计算钢管混凝土柱最大鼓曲直径：建立几何模型，通过物理参数转换，计算得到异形鼓曲的最大鼓曲直径与鼓曲高度。步骤(2)中，摄像机的光轴与钢管混凝土柱的底面处于同一平面上。步骤(5)中，所述用激光测距仪测量摄像机到白色档板的距离，是测量激光测距仪的发射端到白色挡板的距离，而且激光测距仪的发射端与摄像机的镜头在相同的深度距离上。步骤(5)中，建立实际曲线边缘点与成像边缘参数之间的映射关系，是指利用几何相似原理，用激光测距仪测量目标到白色挡板的距离和相关参数，建立实际变形与成像参数的关系，减少测量的形状误差；所述建立像素与检测目标的数学转换关系，是指找出一幅图像中单位毫米对应像素点的个数，再通过读取图像两端上对应长度的像素之和，计算出测量对象的实际参数。步骤(6)中，改进的Canny边缘检测是指：在传统的Canny边缘检测算法的基础上，添加可以控制高阈值与低阈值的滚动条，实时改变Canny算法中的高低阈值，实现高效定义合适的阈值，逼近最优的Canny边缘图像，对图像进行分割。步骤(7)中，鼓曲最大像素宽度求取包括以下步骤：(7-1)以图像上每一个像素点为圆心，以已知的半径r(或半径值域)在参数平面上画圆，并把结果进行累加，将图像空间上的边缘点映射到参数空间中；(7-2)得到一个累加单元A(x,y,r)；(7-3)找出参数平面上的峰值点，这个位置就对应了图像上的圆心；(7-4)对累加单元A大小排序，即对图像中存在的圆进行大小排序；若图像中有n个像素点，则对应有n个累加单元；对其排序，寻找最大值的累加单元；取较大的前几个累加单元进行比较，得到与异形鼓曲相切的圆弧上的最大点；(7-5)用霍夫变换检测左右轮廓(例如直线)，将两轮廓间区域的所有像素点(不包含边缘点)灰度值赋为0，即区间内所有白点变为黑色，可减少剩余的噪点。步骤(7)中，所述霍夫变换是指通过霍夫圆检测与二次灰度值处理，获得最大鼓曲像素直径。步骤(8)中，计算钢管混凝土柱最大鼓曲直径，包括下述步骤：(8-1)设第i个圆(为最左边与曲线相切)的圆心横坐标为xi，该圆半径为ri，便可得到该圆相切的最左点，也为左边最大鼓曲处的点；(8-2)设第j个圆(为最右边与曲线相切)的圆心横坐标为xj，该圆半径为rj，便可得到该圆相切的最右点，也为右边最大鼓曲处的点；(8-3)x坐标上的第j和i个圆的最大边缘切点间的距离就是钢管混凝土柱最大鼓曲直径的像素宽度w2，结合几何模型的参数关系，最终可求得钢管混凝土柱最大鼓曲直径：2r=dis12-dis32·w2·ww1·dis4.]]>步骤(8)中，所述物理参数转换是指根据获得的实际曲线边缘点与成像边缘参数之间的映射关系，以及像素与检测目标的数学转换关系，把像素距离参数转化为物理距离参数。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果：(1)本专利技术的圆柱体异形鼓曲检测装置，将摄像机、激光测距仪和水平仪同时安放在三脚架上，并且满足测量的需求，提高了测量装置的机动性、灵活性及其测量的准确性，避免频繁轮流使用互相分离的摄像机与激光测距仪而降低测量效率与测量精度。(2)本专利技术采用白色挡板在辅助激光获得测量所需参数的同时，遮挡后面的复杂背景，减少噪声；并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆柱体异形鼓曲检测装置，其特征在于：包括摄像机、激光测距仪、水平仪和三脚架；三脚架包括三脚支架和三脚架基座，三脚支架的三个支架通过连接肋和中轴滑块来调节三个支架张开的角度；三脚支架的上方是三脚架基座，三脚架基座设置有插槽，插槽中插有插板，摄像机通过螺纹与插板相连接；三脚架基座的外部固定连接有外伸板，用于安装激光测距仪，外伸板的上表面开有沟槽，沟槽与活动滑块的底部凸起结构配合连接，使得活动滑块可以在外伸板上自由滑动；三脚架基座上固定有弹簧，用于对活动滑块产生推力，使活动滑块向右滑动；外伸板的外端固定连接有固定挡板，通过活动滑块与固定挡板将激光测距仪夹紧。

【技术特征摘要】
1.一种圆柱体异形鼓曲检测装置，其特征在于：包括摄像机、激光测距仪、水平仪和三脚架；三脚架包括三脚支架和三脚架基座，三脚支架的三个支架通过连接肋和中轴滑块来调节三个支架张开的角度；三脚支架的上方是三脚架基座，三脚架基座设置有插槽，插槽中插有插板，摄像机通过螺纹与插板相连接；三脚架基座的外部固定连接有外伸板，用于安装激光测距仪，外伸板的上表面开有沟槽，沟槽与活动滑块的底部凸起结构配合连接，使得活动滑块可以在外伸板上自由滑动；三脚架基座上固定有弹簧，用于对活动滑块产生推力，使活动滑块向右滑动；外伸板的外端固定连接有固定挡板，通过活动滑块与固定挡板将激光测距仪夹紧。2.根据权利要求1所述的圆柱体异形鼓曲检测装置，其特征在于：白色挡板位于钢管混凝土柱的后方，与钢管混凝土柱的鼓曲面相切，并且垂直于摄像机的光轴。3.根据权利要求1所述的圆柱体异形鼓曲检测装置，其特征在于：三脚架基座上安装有两个水平仪，分别平行和垂直于摄像机的光轴，用于保证摄像机的光轴平行于水平地面。4.一种圆柱体异形鼓曲检测识别方法，其特征在于：是采用权利要求1～3中任一项所述的圆柱体异形鼓曲检测装置，将单目视觉与激光测距组合用于检测钢管混凝土柱在受到低周反复荷载后出现异形鼓曲的最大直径。5.根据权利要求4所述的圆柱体异形鼓曲检测识别方法，其特征在于包括下述步骤：(1)试件加载：对钢管混凝土柱试件加载，获得带有异形鼓曲面的钢管混凝土柱；将白色挡板放在钢管混凝土柱的后方，正对着摄像机且紧贴着异形鼓曲面；(2)摄像机标定和像素标定：通过摄像机标定来获取用于校正拍摄图像畸变的摄像机内部参数和畸变参数；通过像素标定来得到像素距离与实际物理距离的转换关系，即单位像素对应的毫米长度；(3)获取异形鼓曲的图像并去畸变：通过摄像机捕获异形鼓曲的数字图像，然后根据摄像机的标定结果对数字图像进行畸变校正，得到异形鼓曲的校正图像；(4)灰度化与平滑：将异形鼓曲的校正图像进行灰度化，将其红、绿、蓝三个分量以不同的权值进行加权平均；然后用高斯函数对检测区域进行平滑处理，获得异形鼓曲的平滑单通道灰度图像；(5)激光测距：用激光测距仪测量摄像机到白色挡板的距离，建立实际曲线边缘点与成像边缘参数之间的映射关系、像素与检测目标的数学转换关系；(6)改进的Canny边缘检测：使用快速定义阈值的Canny算法，得到异形鼓曲的边缘图像；(7)鼓曲最大像素宽度求取：使用基于二次灰度值处理的霍夫变换，寻找和计算与异形鼓曲最大直径两端点处相切的圆，并进行二次灰度阈值处理，减少剩余的噪点；(8)计算钢管混凝土柱最大鼓曲直径：建立几何模型，通过物理参数转换，计算得到异形鼓曲的最大鼓曲直径与鼓曲高度。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐昀超，冯文贤，李丽娟，邹湘军，司徒伟明，陈明猷，
申请(专利权)人：广东工业大学，华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44