一种裂隙监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于图像监测技术领域，具体涉及一种裂隙监测系统及方法。该系统包括光学相机，带有特征点的图标以及上位机；带有特征点的图标为两个，且分别固定安装在待测裂隙的两侧，两个带有特征点的图标以及待测裂隙均位于光学相机的视场范围内，光学相机将两个带有特征点的图标以及待测裂隙的图像信息按照时间间隔t不断的上传给上位机。使用该系统的方法是：1)系统装调；2)光学相机的标定；3)图像采集；4)图像处理。本发明专利技术通过使用带特征点的图标对文物本体的裂隙变化进行检测，不仅计算量小，成本低，便于实施，而且不会对文物本体表面造成损坏。

【技术实现步骤摘要】
一种裂隙监测系统及方法
本专利技术属于图像监测
，具体涉及一种裂隙监测系统及方法。
技术介绍
中国是具有五千年悠久历史的文明古国，文化遗产丰富，文物保护工作艰巨而复杂。随着文化遗产保护理念从“抢救性保护”向“预防性保护”的转变，文化遗产监测就显得越来越重要。文物本体监测作为文化遗产监测中的重要环节之一，主要从文物本体的形态、结构、病害等几个方面进行监测。目前针对文物本体裂隙变化的监测主要采用电阻应变片、位移传感器等接触式监测技术，此类监测技术会对文物本体造成不同程度的损害。随着科学技术的发展和文化遗产保护要求的提高，越来越多新的理念和方法被引入进来，下面对现有主要监测技术作简单介绍：接触式监测技术接触式监测方式多采用电阻应变片，根据金属导体的应变效应，当被测物体受力沿电阻丝方向发生形变时，电阻丝随之一起变形，因而电阻丝的阻值也发生改变，根据应变片的灵敏系数，数据采集仪器可测得应变片电阻值的变化，并将之转换成裂隙的变化值。这种监测方式有很大的局限性，因需要在本体表面进行粘贴和处理，因此在壁画表面、土遗址表面等监测应用场景下不适用。图像处理技术基于图像处理技术进行本体裂隙变化监测，主要是对现场所采集的数字图像进行处理。数字图像通常是由一个矩形像素矩阵构成，一帧图像可以描述成N×M位像素，其中N和M是像素点的数目，图像处理实际上就是对像素矩阵中像素值的数字化处理。通过高清成像设备采集现场图像，采用二值化及边缘检测方法得到原始图像的特征区域轮廓，经过定位、分割、解码计算出区域中心点像素坐标，最终按照比例尺将不同像素点的差值换算成实际距离，从而得到裂隙的变化值。虽然图像处理技术不会对文物表面产生影响，但是该技术本身的数据处理任务巨大，实现成本很高。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术通过使用带特征点图标对文物本体的裂隙变化进行检测，不仅计算量小，成本低，便于实施，而且不会对文物本体表面造成损坏。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供了一种裂隙监测系统，包括光学相机，带有特征点的图标以及上位机；其中，带有特征点的图标为两个，且分别固定安装在待测裂隙的两侧，两个带有特征点的图标均位于光学相机的视场范围内，光学相机将两个带有特征点的图标以及待测裂隙的图像，按照时间间隔t不断的上传给上位机。为了避免带有特征点的图标可能与应用现场的背景有很大的相似度，同时利于后期系统功能的扩展，该系统中带有特征点的图标选用二维码图标。另外，针对不同的应用场景，所述二维码图标采用沉积雕刻技术在不锈钢板上形成或者采用在PVC板上雕刻而成。需要说明的是：该系统中带有特征点的图标还可以选用工业色标。上述带有特征点的图标采用粘接固定或者不锈钢图钉固定。具体来说，光学相机与待测裂隙之间的距离在3m范围之内，光学相机大于130万像素。基于上述裂隙监测系统的描述，现对采用该系统对文物本体裂隙进行监测的方法进行一下说明：该监测方法包括以下步骤：1)系统装调；在系统开始工作前对监测系统中各个部件进行装调操作，包括固定光学相机的位置、调整光学相机的焦距；2)光学相机的标定；光学相机拍摄的目标图像，所述目标图像包括待测裂隙以及两个两个带特征点图标；获取两个带特征点图标中特征点之间的像素尺寸和两个带特征点图标中两个特征点的实际物理尺寸，并将像素尺寸和实际物理尺寸作比，获得系数K；3)图像采集；设间隔时间为t，光学相机每间隔一个时间t对待测裂隙以及两个带特征点图标进行拍照获得N幅目标图像，并将N幅目标图像上传至上位机；4)图像处理；分别获得N幅目标图像中特征点之间的像素尺寸，并通过步骤2)中的系数K换算出特征点之间的实际尺寸；建立坐标系，以时间轴为横轴，实际长度值为纵轴；得出不同目标图像中所对应的特征点之间实际尺寸变化的曲线；所述曲线反映了裂隙的宽度变化和骤变趋势；所述骤变趋势为裂隙宽度变化的幅度。上述方法存在两方面缺陷：1、特征点的误识别率较高，可能与应用现场的背景有很大的相似度；2、这种没有任何含义的特征点图标不利于后期系统扩展。若带有特征点的图标为二维码图标时，监测方法具体如下：1)系统装调；在系统开始工作前对监测系统中各个部件进行装调操作，包括固定光学相机的位置、调整光学相机的焦距；2)光学相机的标定；光学相机拍摄的目标图像，所述目标图像包括待测裂隙以及两个二维码图标；其中，每个二维码图标中的左上角、右上角以及左下角均设有一个框，将其中任意二个框做连线，以连线中点为特征点，再将两个二维码上的特征点连线，形成的线段为两个二维码图标之间的距离；获取两个二维码图标之间的像素尺寸和两个二维码图标之间的实际物理尺寸，并将像素尺寸和实际物理尺寸作比，获得系数K；3)图像采集；设间隔时间为t，光学相机每间隔一个时间t对待测裂隙以及两个二维码图标进行拍照获得N幅目标图像，并将N幅目标图像上传至上位机；4)图像处理；分别获得N幅目标图像中两个二维码图标之间的像素尺寸，并通过步骤2)中的系数K换算出两个二维码图标之间的实际物理尺寸；建立坐标系，以时间轴为横轴，实际长度值为纵轴；得出不同目标图像中所对应的两个二维码图标之间实际尺寸变化的曲线；所述曲线反映了裂隙的宽度变化和骤变趋势；所述骤变趋势为裂隙宽度变化的幅度。本专利技术的优点在于：1、本专利技术采用带有特征点的两个图标固定在待测裂隙两侧的方式，通过上位机处理图像数据，从而获得裂隙的变化信息，不仅结构简单施工成本低廉，并且在待测裂隙为一些珍贵的文物时也不会对损坏文物表面。2、本专利技术采用二维码作为带有特征点的图标，首先二维码图标不会与任何环境物品的纹饰存在重复性，从根本上降低了误识别率；其次，二维码图标自身可以携带大量信息，便于满足后期功能扩展。另外，二维码图标的方向性也是可以被有效利用的。3、本专利技术中的二维码图标采用不锈钢或PVC制作，并且采用沉积的方式雕刻图像，使得图标的在一些恶劣环境下的使用寿命更长。附图说明图1为本专利技术的具体结构简图；图2为本专利技术方法的流程框图；图3为二维码图标作为带有特征点的图标时的裂隙宽度计算示意图。附图标记如下：1-光学相机、2-带有特征点的图标、3-上位机、4-待测裂隙。具体实施方式针对文物本体裂隙变化的监测，获知裂隙变化量及变化趋势是关键点。本专利技术采取特殊点(如工业色标、二维码图标等)识别方法，通过高清光学相机固定拍摄现场照片获得目标图像上传至上位机，从而获得这一数据。如图1所示，本专利技术系统的结构如下：包括光学相机1，带有特征点的图标2以及上位机3；其中，带有特征点的图标2为两个，且分别固定安装在待测裂隙4的两侧，两个带有特征点的图标2以及待测裂隙4均位于光学相机1的视场范围内，光学相机1将两个带有特征点的图标2以及待测裂隙4的图像信息按照时间间隔t不断的上传给上位机3。光学相机系统精度说明：案例选用的网络摄像机为130万像素成像设备，最大像素尺寸为1280*960像素。系统精度与施工现场有紧密联系，具体测算方法如下：测量精度＝观测尺寸/成像像素(长)物距：指镜头到被摄物之间的实际距离。观测尺寸：指被摄物体在画面(长度)中的尺寸。成像像素：指生成图像的像素尺寸。物距(mm)观测尺寸(mm)成像像素(长*宽)分辨率(mm)10001201280*960≈0.1400701280*96本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裂隙监测系统，其特征在于：包括光学相机，带有特征点的图标以及上位机；其中，带有特征点的图标为两个，且分别固定安装在待测裂隙的两侧，两个带有特征点的图标以及待测裂隙均位于光学相机的视场范围内，光学相机将两个带有特征点的图标以及待测裂隙的图像信息按照时间间隔t不断的上传给上位机。

【技术特征摘要】
1.一种裂隙监测系统，其特征在于：包括光学相机，带有特征点的图标以及上位机；其中，带有特征点的图标为两个，且分别固定安装在待测裂隙的两侧，两个带有特征点的图标以及待测裂隙均位于光学相机的视场范围内，光学相机将两个带有特征点的图标以及待测裂隙的图像信息按照时间间隔t不断的上传给上位机。2.根据权利要求1所述的裂隙监测系统，其特征在于：所述带有特征点的图标选用二维码图标。3.根据权利要求2所述的裂隙监测系统，其特征在于：所述二维码图标采用沉积雕刻技术在不锈钢板上形成或者采用在PVC板上雕刻而成。4.根据权利要求1所述的裂隙监测系统，其特征在于：所述带有特征点的图标还可以选用工业色标。5.根据权利要求1或2或3所述的裂隙监测系统，其特征在于：所述带有特征点的图标采用粘接固定或者不锈钢图钉固定。6.根据权利要求1或2或3所述的裂隙监测系统，其特征在于：光学相机与待测裂隙之间的距离在3m范围之内，光学相机大于130万像素。7.基于权利要求1所述的裂隙监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)系统装调；在系统开始工作前对监测系统中各个部件进行装调操作，包括固定光学相机的位置、调整光学相机的焦距；2)光学相机的标定；光学相机拍摄的目标图像，所述目标图像包括待测裂隙以及两个两个带特征点图标；获取两个带特征点图标中特征点之间的像素尺寸和两个带特征点图标中两个特征点的实际物理尺寸，并将像素尺寸和实际物理尺寸作比，获得系数K；3)图像采集；设间隔时间为t，光学相机每间隔一个时间t对待测裂隙以及两个带特征点图标进行拍照获得N幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宏，全定可，宋涛，杨双国，张小波，李飞刚，李建飞，刘涛，
申请(专利权)人：西安元智系统技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61