一种裂缝监测方法技术

本发明专利技术提供一种裂缝监测方法，包括：步骤S1、在裂缝的两侧布设一对圆形靶标，所述圆形靶标包括编码环和位于编码环内部的靶心圆；步骤S2、获取相机拍摄的包含裂缝和一对圆形靶标的裂缝图像；对裂缝图像进行矫正并转化为灰度图像；对灰度图像进行边缘检测，然后根据检测的轮廓进行椭圆查找；步骤S3、在识别的椭圆中，检测出为圆形靶标靶心圆的椭圆；步骤S4、对于识别出的两个圆形靶标，根据椭圆公切线对靶标区域进行透视变换，获取裂缝的正射图像，计算两个圆形靶标靶心的实际距离，实现对裂缝的监测。通过成对的圆形靶标自动计算裂缝的宽度，能够精准的监测建构筑物裂缝的变化，在1m以内进行相片拍摄时，监测精度可达亚毫米级别。监测精度可达亚毫米级别。监测精度可达亚毫米级别。

【技术实现步骤摘要】
一种裂缝监测方法


[0001]本专利技术涉及测绘、摄影测量和结构安全
，具体涉及一种裂缝监测方法。

技术介绍

[0002]在建构筑物建设及运行阶段，由于结构自重、土体卸载及结构负载，结构必然发生变形，以至于结构表面出现裂缝。随着时间的推移，原有小裂缝可能有扩大趋势，甚至会发展出新的裂缝，威胁结构健康。因此，有必要对建构筑物进行裂缝监测，对主要的或变化大的裂缝进行观测，并进行现状摄影及形状描述，建立建构筑物的裂缝状况档案。
[0003]现在对于建构筑物裂缝监测的方法主要分为两类：第一种方式是人工监测，通过在裂缝两侧布置测点，一般是采用油漆、纸片或钢钉等对裂缝观测部位进行测点标记，在油漆、纸片或钢钉的中间用笔做测量标记，便于每次测量位置一致，每次监测时，采用全站仪测量裂缝两边测量标记的坐标，通过坐标差来分析裂缝宽度的变化。第二种方式是自动化监测，常用的方式主要是通过拉线式位移计进行裂缝监测，该方式测量的精度高，可以达到亚毫米级别，但是现场安装维护复杂、硬件成本高。
[0004]目前，也有通过图像方式进行裂缝监测的研究，一般是在裂缝两边布设标识，然后通过深度学习等方式进行裂缝的识别和监测，该方式现场布设简单，但是由于深度学习需要大量的样本进行学习，在没有样本数据或者样本数据较小的情况下，该方法很难实施。
[0005]综上所述，急需一种裂缝监测方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种裂缝监测方法，旨在解决现有通过图像方式进行裂缝监测存在的弊端，具体技术方案如下：
[0007]一种裂缝监测方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、在裂缝的两侧布设一对圆形靶标，所述圆形靶标包括编码环和位于编码环内部的靶心圆；
[0009]步骤S2、获取相机拍摄的包含裂缝和一对圆形靶标的裂缝图像；对裂缝图像进行矫正并转化为灰度图像；对灰度图像进行边缘检测，然后根据检测的轮廓进行椭圆查找；
[0010]步骤S3、在步骤S2识别的椭圆中，检测出为圆形靶标靶心圆的椭圆；
[0011]步骤S4、对于识别出的两个圆形靶标，根据椭圆公切线对靶标区域进行透视变换，获取裂缝的正射图像，计算两个圆形靶标靶心的实际距离，实现对裂缝的监测。
[0012]以上技术方案中优选的，编码环总计360
°
，每N度为一个编码位，共计360/N个编码位；所述N的取值范围为[10，60]，且N整除360，N的单位为
°
。
[0013]以上技术方案中优选的，所述步骤S2中，若一个轮廓contour满足表达式1)，则被认为是一个椭圆：
[0014][0015]其中，ptsNum是轮廓contour包含的点个数，polyDP是轮廓contour拟合的凸多边形的顶点个数，contourArea是轮廓contour的面积，rectArea是轮廓contour最小外接矩形的面积。
[0016]以上技术方案中优选的，所述步骤S3包括如下步骤：
[0017]步骤S3.1、根据表达式2)将灰度图像进行二值化：
[0018]threshold＝(minGray+aveGray)/rate 2)，
[0019]其中，threshold为二值化的灰度阈值；minGray是灰度图像最小灰度值；aveGray是灰度图像平均灰度值；rate是比率，其取值范围为[2，4]；
[0020]步骤S3.2、根据椭圆的参数求椭圆最小外接矩形的四个顶点，将此最小外接矩形变换为正方形并求解仿射变换矩阵，根据仿射变换矩阵对二值化的图像做仿射变换，仿射变换后椭圆变换为圆形；仿射变换后圆形的圆心为(circleX，circleY)，半径为radius；
[0021]步骤S3.3、椭圆若满足表达式3)则为潜在靶心圆：
[0022][0023]其中，innerPixels是靶心圆内部的像素个数，blackPixels是靶心圆内部像素值为0的像素个数，outerPixels是靶心圆和编码环之间区域的像素个数，whitePixels是靶心圆和编码环之间区域像素值为1的像素个数，percent取值范围为[0.8，1]；
[0024]步骤S3.4、以(circleX，circleY)为圆心、为半径形成圆环，在圆环上每隔ang取一个像素点，共获得360/ang个像素点p
i
；下标i表示像素点的编号；ang取值范围为[1，5]且ang整除N，单位为
°
；R2为编码环内圆半径，R3为编码环外圆半径；
[0025]依次各获取像素点p
i
对应的像素值g
i
，查找g
i
序列的第一个突变位对应的编号q；
[0026]从g
i
序列中取其中k为整数且取值范围获得个数据组；N为编码环中编码位对应的角度；
[0027]将第k个数据组里面值为0的个数记为count
k
，则第k个数据组的编码值bit如表达式5)所示：
[0028]reaA2，EllipseB
′
变换后的圆心坐标为(circleB_X2，circleB_Y2)、半径为radiusB、圆的面积为areaB2；图像B中两个圆形靶标靶心的距离为：
[0048][0049]两个圆形靶标靶心的实际距离
[0050]其中：R1为靶心圆的半径。
[0051]应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：
[0052]本专利技术的监测方法解决了现有技术中通过深度学习进行裂缝的识别和监测，需要大量样本进行学习的问题。通过成对的圆形靶标自动计算裂缝的宽度，能够精准的监测建构筑物裂缝的变化，在1m以内进行相片拍摄时，监测精度可达亚毫米级别。本专利技术的方法现场布设简单，成本低，同时保证了较高的监测精度，提高了裂缝监测的自动化水平。
[0053]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0054]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0055]图1是监测方法的流程图；
[0056]图2是圆形靶标的示意图；
[0057]图3是仿射变换后进行靶标编码读取示意图；
[0058]图4是椭圆公切线和切点的示意图。
具体实施方式
[0059]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，并给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0060]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种裂缝监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、在裂缝的两侧布设一对圆形靶标，所述圆形靶标包括编码环和位于编码环内部的靶心圆；步骤S2、获取相机拍摄的包含裂缝和一对圆形靶标的裂缝图像；对裂缝图像进行矫正并转化为灰度图像；对灰度图像进行边缘检测，然后根据检测的轮廓进行椭圆查找；步骤S3、在步骤S2识别的椭圆中，检测出为圆形靶标靶心圆的椭圆；步骤S4、对于识别出的两个圆形靶标，根据椭圆公切线对靶标区域进行透视变换，获取裂缝的正射图像，计算两个圆形靶标靶心的实际距离，实现对裂缝的监测。2.根据权利要求1所述的裂缝监测方法，其特征在于，编码环总计360
°
，每N度为一个编码位，共计360/N个编码位；所述N的取值范围为[10，60]，且N整除360，N的单位为
°
。3.根据权利要求1所述的裂缝监测方法，其特征在于，所述步骤S2中，若一个轮廓contour满足表达式1)，则被认为是一个椭圆：其中，ptsNum是轮廓contour包含的点个数，polyDP是轮廓contour拟合的凸多边形的顶点个数，contourArea是轮廓contour的面积，rectArea是轮廓contour最小外接矩形的面积。4.根据权利要求1所述的裂缝监测方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：步骤S3.1、根据表达式2)将灰度图像进行二值化：threshold＝(minGray+aveGray)/rate 2)，其中，threshold为二值化的灰度阈值；minGray是灰度图像最小灰度值；aveGray是灰度图像平均灰度值；rate是比率，其取值范围为[2,4]；步骤S3.2、根据椭圆的参数求椭圆最小外接矩形的四个顶点，将此最小外接矩形变换为正方形并求解仿射变换矩阵，根据仿射变换矩阵对二值化的图像做仿射变换，仿射变换后椭圆变换为圆形；仿射变换后圆形的圆心为(circleX，circleY)，半径为radius；步骤S3.3、椭圆若满足表达式3)则为潜在靶心圆：其中，innerPixels是靶心圆内部的像素个数，blackPixels是靶心圆内部像素值为0的像素个数，outerPixels是靶心圆和编码环之间区域的像素个数，whitePixels是靶心圆和编码环之间区域像素值为1的像素个数，percent取值范围为[0.8，1]；步骤S3.4、以(circleX，circleY)为圆心、为半径形成圆环，在圆环上每隔ang取一个像素点，共获得360/ang个像素点p
i
；下标i表示像素点的编号；ang取值范围为[1,5]且ang整除N，单位为
°
；R2为编码环内圆半径，R3为编码环外圆半径；依次各获取像素点p
i
对应的像素值g
i
，查找g
i
序列的第一个突变位对应的编号q；
从g
i
序列中取其中k为整数且取值范围获得个数据组；N为编码环中编码位对应的角度；将第k个数据组里面值为0的个数记为count
k
，则第k个数据组的编码值bit如表达式5)所示：在个数据组中，若任意数据组的编码值bit包含负值，则此椭圆不是圆形靶标的靶心圆；若所有数据组的编码值bit均不含负值，此椭圆是圆形靶标的靶心圆。5.根据权利要求4所述的裂缝监测方法，其特征在于，识别椭圆为靶心圆后，获得则此编码环的值为对Code对应的二进制数进行循环移位，求得最小值minCo...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈向前，杜年春，粟闯，黄毅，朱洁霞，
申请(专利权)人：中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：