一种通过三维空间重建测量裂缝变化的自动化装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通过三维空间重建测量裂缝变化的自动化装置，包括测量装置，其特征在于：装置包含电机设备、轮盘、可伸缩套管与固定底座，电机设备通过转轮固定夹与轮盘连接，可伸缩套管上下两端通过焊接方式连接电机设备与固定底座；轮盘上固定有摄像机和环状光源，并配有相应的安装装置和供电装置；本发明专利技术公开了一种通过三维空间重建测量裂缝变化的方法，包括设置装置、数据采集、三维空间重建和计算图像目标相关信息四个步骤。本发明专利技术通过摄像机进行数据采集，通过从不同角度获取墙体裂缝及标识物图像，进过三维空间重建获取图像中目标三维信息，通过已知标识物的尺寸来计算得到裂缝信息，以此实现对裂缝的变化情况的自动测量，实用且减少了人力资源的投入。

【技术实现步骤摘要】
一种通过三维空间重建测量裂缝变化的自动化装置和方法
本专利技术涉及一种通过三维空间重建进行裂缝测量的方法，属于裂缝监测

技术介绍
由于地基不均匀沉降、温度应力、荷载作用等因素，造成建筑结构出现裂缝，为结构安全考虑，需要对裂缝情况以及发展变化进行观测。对于建筑裂缝，通常采用人工测量的方法对其进行观测，其测量使用到卡纸、直尺和其他辅助设备，在测量的过程中存在人为数据读取误差以及偶然因素误差，同时由于人工测量工作量大，又需要专业技术人员进行操作，耗费大量人力。随着网络信息技术的发展，采用一体化模块化自动测量单元进行数据采集，通过有线或无线通讯与计算机连接，从而实现自动化数据测量已成为当前行业大展趋势。现如今的市场上，有许多种类的裂缝测量设备，其通过专业电子传感器进行数据的采集和收集分析，得到测量数据较为精确，但其工业成本较大，且产品受环境影响较大。数字图像技术的迅速发展，提供了一种新的裂缝测量技术方法，利用摄像机获取图像，通过点云分析以及三维重建得到裂缝情况，是一种非常实用的方法。基于视觉的三维重建，指的是通过摄像机获取场景物体的数据图像，并对此图像进行分析处理，再结合计算机视觉知识推导出现实环境中物体的三维信息。利用摄像机等图像采集设备对物体从各个角度釆集点云数据，将获得的各视角点云数据变换到同一个坐标系下，完成多视角点云数据的配准，根据配准好的点云数据构建出模型的网格表面，进而实现三维模型重建。裂缝测量需要尽可能的减少人力资源的投入，实现设备性能稳定、精度高、工业成本低以及操作自动化等是行业发展的趋势。基于上述要点，本专利技术拟采用摄像机进行数据的采集，通过固定在轮盘上的摄像机拍摄不同角度的裂缝边缘标识物图像，获取图像点云信息并进行三维空间重建，实现对裂缝情况及其发展变化的自动化测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种通过三维空间重建进行裂缝测量的装置和方法，并提供相应的测量方法，用于实现自动化的裂缝情况及其发展变化观测，可代替人工进行裂缝测量，弥补了传统人工读数方式中的可靠性差、无法自动监测等缺陷。实现本专利技术的技术解决方案为：该装置分为数据采集和软件分析两个系统，其中数据采集系统是将摄像机固定在转轮上，并在转轮上安装灯源，转轮匀速转动，通过摄像机定时拍摄裂缝边缘标识物图像，保证拍摄过程中标识物和裂缝始终出现在摄像机画面中，获取不同角度拍摄得到的图像，并将图像数据传输至个人电脑。图像获取之后可以通过软件分析系统进行处理，这一过程主要是通过软件对图形进行处理，首先获取图像中特征点，需要包含墙体以及标识物等主要信息，特征点需要使用到摄像机内外参数进行修正，内参数通过张正友标定方法提前测得，外参在拍摄过程中测得，然后根据图像拍摄时摄像机位置情况将特征点数据换算至统一坐标系下，将多张图像的特征点进行数据匹配，最后通过匹配情况实现三维模型重建。在已知标识物尺寸的情况下，在三维空间模型中可换算得到裂缝情况，通过在不同时期拍摄裂缝情况，进行数据对比，可进一步观测到裂缝的发展变化情况。附图说明：附图1为数据采集系统示意图；附图2为测量示意图；附图3为裂缝发展变化示意图。具体实施方式下面结合说明书附图，对本专利技术的实施方式作详细的描述。正如说明书附图所示：如图1所示，1表示电机设备，包含慢速电机（101）和保护壳（102）；2表示轮盘，包括转轮（201）、摄像机（202）、摄像机固定杆（203）、环状灯源（204）、网线与电源线（205）、线路孔（206）及转轮固定夹（207）；3表示可伸缩套管夹，包括管套（301）、上连杆（302）、下连杆（303）和固定螺丝（304）；4表示固定底座。将仪器部件按照示意图连接，通过网线将摄像机与个人电脑或其他图像获取设备连接。调节伸缩管，使得转轮的中心（转轮固定夹）处中心线与所拍摄裂缝的区域基本保持一致，在目标裂缝处粘贴事先制作好的标识物A、B，旋转调节摄像机拍摄角度，使得目标区域能够在图像中显示，在外界环境昏暗的情况下，可通过环状灯源进行补光，得到较为清楚的图像，其布置示意如图2所示。通过调节低速电机转速与摄像机视频图像采集频率，使得在转轮旋转一周之内，至少可获得3张以上的带有完整标识物与裂缝的图像。利用获取得到的图像，分别通过软件系统得到其特征点，带入电机转速和图像获取间隔，换算出摄像机相对位置的变化情况，根据相对位置信息将特征点换算至统一坐标系下，对特征点特征匹配，进而实现三维模型重建，获取包含裂缝、标识物以及周边墙体的三维模型，如图3所示。最后可通过三维模型中标识物已知尺寸，对模型中裂缝情况进行换算，得到裂缝真是数据情况，并且通过不同时期的两个标识物的相对位置的变化，量化得到裂缝发展变化情况，包含空间三个转动、三个平移的变化情况。如图2所示：图中的标记包括①号转轮，②号环状光源，③号摄像机及其支架，④号摄像机拍摄区域，⑤号表示摄像机拍摄中心线，⑥号表示转轮中心线，⑦号裂缝及标识物。其中摄像机实线部分表示拍摄视角范围。通过调整摄像机拍摄角度，控制摄像机获取图像时间间隔，以此获取数据。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过三维空间重建测量裂缝变化的自动化装置和方法，包含电机设备（1）、轮盘（2）、可伸缩套管（3）和固定底座（4），其特征在于：所述电机设备（1）包含慢速电机（101）和保护壳（102），慢速电机（101）可实现顺、逆时针旋转，其转动速度可以控制，慢速电机（101）布置在保护壳（102）内；所述轮盘（2）包含转轮（201）、摄像机（202）、摄像机固定杆（203）、环状灯源（204）、网线与电源线（205）、线路孔（206）及转轮固定夹（207），所述环状灯源（204）固定于轮盘（2）边缘，灯珠均匀分布，背光面用于固定，后面设置有电源线，所述摄像机（202）通过摄像机固定杆（203）固定于轮盘（2）上，摄像机固定杆（203）有多节连杆，使得摄像机（202）可上下摆动以及旋转；所述可伸缩套管（3）包括管套（301）、上连杆（302）、下连杆（303）和固定螺丝（304），上连杆（302）、下连杆（303）可通过固定螺丝（304）与管套（301）固定，实现相对运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过三维空间重建测量裂缝变化的自动化装置和方法，包含电机设备（1）、轮盘（2）、可伸缩套管（3）和固定底座（4），其特征在于：所述电机设备（1）包含慢速电机（101）和保护壳（102），慢速电机（101）可实现顺、逆时针旋转，其转动速度可以控制，慢速电机（101）布置在保护壳（102）内；所述轮盘（2）包含转轮（201）、摄像机（202）、摄像机固定杆（203）、环状灯源（204）、网线与电源线（205）、线路孔（206）及转轮固定夹（207），所述环状灯源（204）固定于轮盘（2）边缘，灯珠均匀分布，背光面用于固定，后面设置有电源线，所述摄像机（202）通过摄像机固定杆（203）固定于轮盘（2）上，摄像机固定杆（203）有多节连杆，使得摄像机（202）可上下摆动以及旋转；所述可伸缩套管（3）包括管套（301）、上连杆（302）、下连杆（303）和固定螺丝（304），上连杆（302）、下连杆（303）可通过固定螺丝（304）与管套（301）固定，实现相对运动。


2.根据权利要求1所述的一种通过三维空间重建测量裂缝变化的自动化装置和方法，其特征在于：所述电机设备（1）通过转轮固定夹（207）与轮盘（2）连接，连接位置处于轮盘（2）正中心；所述电机设备（1）与可伸缩套管（3）在上连杆（302）端部通过焊接方式连接；所述固定底座（1）与可伸缩套管（3）在下连杆（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁勇，甘鹏飞，崔何亮，丁宥安，
申请(专利权)人：南京宥安传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32