一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于位移变形领域，并具体公开了一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统及方法。所述系统包括多个沉降监测装置以及控制模块，每个沉降监测装置均包括激光发射器、调节云台、红外标尺及偏光滤光荧屏、主电路板、外壳以及安装架，主电路板包括CMOS图像识别传感器、姿态传感器以及无线通信组件。所述方法包括：采用CMOS图像识别传感器获取红外标尺及偏光滤光荧屏图像信息，对该图像信息中激光光斑像素及红外标尺像素位置进行姿态偏转校准，根据时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况对待沉降监测区域进行实时沉降监测。本发明专利技术无需对各装置进行水平位姿调整，计算方便快捷，精度高，且成本低，适用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统及方法
本专利技术属于位移变形
，更具体地，涉及一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统及方法。
技术介绍
建筑物沉降安全监测是判断其安全使用的重要手段之一，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且目前用沉降监测的主要采用静力水准仪、全站仪等设备。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。同时，由于静力水准仪受温漂影响严重，温漂误差高达几mm。而全站仪由于设备精密，但是其价格昂贵，成本高。CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，其通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。可用于现有监测系统中的图像识别技术中。因此，本领域亟待对现有监测系统做出改进，以解决了传统材料传感器技术带来的温漂影响。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其通过多个所述沉降监测装置包括一个设于待沉降监测区域外的基准点沉降监测装置以及间隔布置于待沉降监测区域内的测点沉降监测装置的配合设计，同时，对各个沉降监测装置的激光发射器、红外标尺及偏光滤光荧屏、CMOS图像识别传感器、姿态传感器以及无线通信组件等的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可实现精确快速提取激光光斑的位置信息，并根据时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况对待沉降监测区域进行实时智能沉降监测，无需对各装置进行水平位姿调整，计算方便快捷，精度高，且成本低，适用性强。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，包括多个沉降监测装置以及控制模块，其中，多个所述沉降监测装置包括一个设于待沉降监测区域外的基准点沉降监测装置以及间隔布置于待沉降监测区域内的测点沉降监测装置，每个沉降监测装置均包括激光发射器、调节云台、红外标尺及偏光滤光荧屏、主电路板、外壳以及安装架，所述激光发射器可转动的架设于所述调节云台上，且与所述控制模块通信连接，用于向所述红外标尺及偏光滤光荧屏发射激光光斑，所述调节云台固定设于所述外壳顶部，所述主电路板嵌设于所述外壳内，该主电路板上集成有CMOS图像识别传感器、姿态传感器以及无线通信组件，所述CMOS图像识别传感器用于识别映射有激光光斑的所述红外标尺及偏光滤光荧屏图像信息，并将该图像信息通过所述无线通信组件发送给控制模块，所述姿态传感器用于自适应校准所述红外标尺及偏光滤光荧屏的极平面，以生成所述红外标尺及偏光滤光荧屏的姿态偏转信息；所述控制模块用于接收所述图像信息及姿态偏转信息，并根据所述图像信息及姿态偏转信息计算所述激光光斑的位置信息，然后根据时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况对待沉降监测区域进行实时沉降监测。作为进一步优选的，所述基准点沉降监测装置的激光发射器发射的激光光斑映射于第一测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏上，第N-1测点沉降监测装置的激光发射器发射的激光光斑映射于第N测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏上，其中，N为大于1的正整数。作为进一步优选的，每个所述沉降监测装置还包括激光偏光镜，所述激光偏光镜设于所述激光发射器的激光发射端。作为进一步优选的，每个所述沉降监测装置还包括激光发射器外壳、密封防水前罩以及密封防水尾罩，所述激光发射器外壳用于容乃所述激光发射器，所述密封防水前罩固定设于所述激光发射器外壳靠近所述激光发射端的一侧，且该密封防水前罩开设有嵌设所述激光偏光镜的孔，所述密封防水尾罩固定设于所述激光发射器外壳远离所述激光发射端的一侧。作为进一步优选的，每个所述沉降监测装置还包括密封前罩和密封尾罩，所述密封前罩固定设于所述外壳靠近所述红外标尺及偏光滤光荧屏的一侧，且该密封前罩开设有方形孔，该方形孔的形状与所述红外标尺及偏光滤光荧屏相适应，使得所述激光发射器发射的激光光斑能投射在所述红外标尺及偏光滤光荧屏的指定区域，所述密封尾罩固定设于所述外壳远离所述红外标尺及偏光滤光荧屏的一侧。作为进一步优选的，所述红外标尺及偏光滤光荧屏包括偏光滤光荧屏以及固定设于该偏光滤光荧屏上的红外标尺，该红外标尺包括沿所述偏光滤光荧屏X轴以及Y轴均匀间隔布置的红外标尺点。作为进一步优选的，所述控制模块包括数据采集单元、数据存储单元、数据处理单元、显示单元以及无线通信单元，所述数据采集单元用于采集所述沉降监测装置的图像信息和姿态偏转信息，并将该图像信息和姿态偏转信息通过传输线传递给所述数据存储单元进行存储，所述数据处理单元用于读取数据存储单元中存储的图像信息和姿态偏转信息，并将该图像信息和姿态偏转信息进行处理，以计算所述激光光斑的位置信息，并计算时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况，所述显示单元用于显示时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于CMOS图像测量的沉降监测方法，包括以下步骤：S1将基准点沉降监测装置安装至基准点，将N个测点沉降监测装置间隔布置于待沉降监测区域内；S2启动控制模块，并调试基准点沉降监测装置和N个测点沉降监测装置，使得所述基准点沉降监测装置的激光发射器发射的激光光斑映射于第一测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏上，第N-1测点沉降监测装置的激光发射器发射的激光光斑映射于第N测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏上，其中，N为大于1的正整数；S3所述测点沉降监测装置上的CMOS图像识别传感器识别映射有激光光斑的所述红外标尺及偏光滤光荧屏图像信息，并将该图像信息通过无线通信组件发送给控制模块，所述测点沉降监测装置上的姿态传感器自适应校准所述红外标尺及偏光滤光荧屏的极平面，以生成所述红外标尺及偏光滤光荧屏的姿态偏转信息；S4所述控制模块接收所述图像信息及姿态偏转信息，并根据所述图像信息及姿态偏转信息计算所述激光光斑的位置信息，然后根据时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况对待沉降监测区域进行实时沉降监测。作为进一步优选的，步骤S3中，所述图像信息包括基准点图像信息以及测点图像信息，所述基准点图像信息为第一测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏的图像信息，所述测点图像信息为第M测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏的图像信息，其中，2≤M≤N；所述基准点图像信息包括初始基准点图像信息以及当前基准点图像信息，所述测点图像信息包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其特征在于，包括多个沉降监测装置以及控制模块，其中，/n多个所述沉降监测装置包括一个设于待沉降监测区域外的基准点沉降监测装置以及间隔布置于待沉降监测区域内的测点沉降监测装置，每个沉降监测装置均包括激光发射器(1)、调节云台(5)、红外标尺及偏光滤光荧屏(15)、主电路板(7)、外壳(6)以及安装架(13)，所述激光发射器(1)可转动的架设于所述调节云台(5)上，且与所述控制模块通信连接，用于向所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)发射激光光斑，所述调节云台(5)固定设于所述外壳(6)顶部，所述主电路板(7)嵌设于所述外壳(6)内，该主电路板(7)上集成有CMOS图像识别传感器、姿态传感器以及无线通信组件，所述CMOS图像识别传感器用于识别映射有激光光斑的所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)图像信息，并将该图像信息通过所述无线通信组件发送给控制模块，所述姿态传感器用于自适应校准所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)的极平面，以生成所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)的姿态偏转信息；/n所述控制模块用于接收所述图像信息及姿态偏转信息，并根据所述图像信息及姿态偏转信息计算所述激光光斑的位置信息，然后根据时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况对待沉降监测区域进行实时沉降监测。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其特征在于，包括多个沉降监测装置以及控制模块，其中，
多个所述沉降监测装置包括一个设于待沉降监测区域外的基准点沉降监测装置以及间隔布置于待沉降监测区域内的测点沉降监测装置，每个沉降监测装置均包括激光发射器(1)、调节云台(5)、红外标尺及偏光滤光荧屏(15)、主电路板(7)、外壳(6)以及安装架(13)，所述激光发射器(1)可转动的架设于所述调节云台(5)上，且与所述控制模块通信连接，用于向所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)发射激光光斑，所述调节云台(5)固定设于所述外壳(6)顶部，所述主电路板(7)嵌设于所述外壳(6)内，该主电路板(7)上集成有CMOS图像识别传感器、姿态传感器以及无线通信组件，所述CMOS图像识别传感器用于识别映射有激光光斑的所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)图像信息，并将该图像信息通过所述无线通信组件发送给控制模块，所述姿态传感器用于自适应校准所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)的极平面，以生成所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)的姿态偏转信息；
所述控制模块用于接收所述图像信息及姿态偏转信息，并根据所述图像信息及姿态偏转信息计算所述激光光斑的位置信息，然后根据时间段内所有测点沉降监测装置上激光光斑的位置信息的变化情况对待沉降监测区域进行实时沉降监测。


2.根据权利要求1所述的一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其特征在于，所述基准点沉降监测装置的激光发射器(1)发射的激光光斑映射于第一测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏(15)上，第N-1测点沉降监测装置的激光发射器(1)发射的激光光斑映射于第N测点沉降监测装置的红外标尺及偏光滤光荧屏(15)上，其中，N为大于1的正整数。


3.根据权利要求1所述的一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其特征在于，每个所述沉降监测装置还包括激光偏光镜(3)，所述激光偏光镜(3)设于所述激光发射器(1)的激光发射端。


4.根据权利要求3所述的一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其特征在于，每个所述沉降监测装置还包括激光发射器外壳(18)、密封防水前罩(2)以及密封防水尾罩(17)，所述激光发射器外壳(18)用于容乃所述激光发射器(1)，所述密封防水前罩(2)固定设于所述激光发射器外壳(18)靠近所述激光发射端的一侧，且该密封防水前罩(2)开设有嵌设所述激光偏光镜(3)的孔，所述密封防水尾罩(17)固定设于所述激光发射器外壳(18)远离所述激光发射端的一侧。


5.根据权利要求1所述的一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其特征在于，每个所述沉降监测装置还包括密封前罩(16)和密封尾罩(9)，所述密封前罩(16)固定设于所述外壳(6)靠近所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)的一侧，且该密封前罩(16)开设有方形孔，该方形孔的形状与所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)相适应，使得所述激光发射器(1)发射的激光光斑能投射在所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)的指定区域，所述密封尾罩(9)固定设于所述外壳(6)远离所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)的一侧。


6.根据权利要求1所述的一种基于CMOS图像测量的沉降监测系统，其特征在于，所述红外标尺及偏光滤光荧屏(15)包括偏光滤光荧屏以及固定设于该偏光滤光荧屏上的红外标尺，该红外标尺包括沿所述偏光滤光荧屏X...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维，蔡仕娟，
申请(专利权)人：四川远测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51