【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器视觉领域，特别涉及一种基于图像视觉处理的基坑位移监测系统。
技术介绍
1、几何变形监测是发现建、构筑物异常行为的重要方法一。在过去实际工程项目中，主要依靠工程人员进行手工监测以及大地测量仪器实现相关监测；目前，在实际工程中，工程人员常用经纬仪、全站仪等相关专业测量仪器对基坑位移进行监测。但基于上述人工监测虽应用广泛，但在实际过程中操作繁琐、人工费用高以及不能排除人为因素出现数据误差、不能实时监测获取数据等缺点。
2、随着工程现场日趋复杂、施工要求越来越高，为了确保施工环境及周围环境的安全，工程项目对监测的要求也不断提高。随着机器视觉相关领域的不断发展，针对复杂环境所需的监测要求，提高监测效率准确率、降低监测成本是目前实际工程监测的主要发展方向，因此就需要一个智能化高、成本低的监测系统。
技术实现思路
1、为了克服上述现有相关监测技术的缺陷与不足，本专利技术提供了一种基于图像视觉处理的基坑位移监测系统。
2、本专利技术的技术方案是：
3、本专利技术公开了一种基于图像视觉处理的基坑位移监测系统，包括图像传感模块、数据处理模块、监控模块和智能预警模块。所述图像传感模块利用led照明灯照亮目标基坑的内部表面，并通过高精度工业相机捕捉基坑的内部图像，这些图像随后通过有线或无线方式传输至数据处理模块。在数据处理模块中，包括图像畸变校准、图像像素点智能划分提取，以及图像像素点位移的高精度计算等子模块。经过畸变校准后的图像，通过基于深度学习的机
4、监控模块由电脑主机终端和移动设备终端构成。作业人员不仅可以通过电脑主机终端进行可视化数据分析，还可以利用5g无线传输技术通过移动设备实时查看数据。智能预警模块根据设定的像素点位移阈值范围，监测数据处理模块得出的像素点平均位移数值。一旦位移超过阈值，便会触发预警，若监测数据出现异常，也会触发报错模块。该智能预警模块在监控模块内设有嵌入式可视化窗口。
5、本专利技术所提供的基于图像视觉处理的基坑位移监测系统，采用一体化设计，集图像采集、数据处理、监控可视化和智能检测预警于一体。它不仅操作简便、造价低廉，而且能实时智能地监测基坑内部的位移情况，是一种高效、可靠的基坑监测解决方案。
6、优选的，所述图像传感模块利用led照明灯照亮目标基坑的内部表面及用于目标识别的高对比度黑白双色棋盘格，通过工业相机捕捉基坑的内部图像，这些图像随后通过有线或无线方式传输至数据处理模块。图像传感模块具体包括太阳能供电子模块、led照明灯子模块以及工业相机拍摄子模块。所述太阳能供电子模块，该模块由太阳能电板和蓄电池组成，能够利用太阳能为整个监测系统提供持续且环保的电力支持。太阳能电板高效转换太阳光为电能，同时蓄电池确保了即使在无光照条件下系统也能稳定运行；所述led照明灯子模块，led灯具备高亮度和低能耗的特点，能够确保在各种光照条件下都能为基坑内部及目标棋盘格标志物提供均匀且充足的照明，从而保证拍摄图像的清晰度和准确性；工业相机拍摄子模块，包括一台工业相机，专门用于捕捉基坑内部的高质量图像。这些图像将作为数据处理模块的主要分析对象，用于后续的位移监测和分析。工业相机的使用确保了图像数据的细节和准确性，为后续的数据处理提供了可靠的基础。
7、进一步优选的，所述数据处理模块包括图像畸变校准模块、图像像素点智能划分提取及图像像素点位移计算模块。
8、进一步优选的，所述图像畸变校准模块，目的在于纠正拍摄到的基坑内部表面图像的畸变问题，该模块基于led照明灯布点位置，结合张正友棋盘格标定法来对图像进行畸变校准，工业相机基于自身参数进行校准。
9、进一步优选的，针对基坑场景的特殊需求，基于张正友棋盘格标定法的要求，采用高对比度的黑白双色棋盘格标定板，以确保其在工业相机捕捉过程中的清晰度和识别率。为此，我们选定了一个5×5的棋盘格布局，该布局旨在最大程度地提高图像捕捉的精确性。
10、进一步优选的，基于棋盘格布局设计led照明灯布点方案。共设置9个led照明灯，以确保标定板能够被充分且均匀地照亮。通过这种方式，考虑了照明的均匀性和有效性，还充分考虑了基坑环境的特殊性，保证图像捕捉质量的同时，还保持了系统的经济性和实用性。
11、进一步优选的，具体针对图像畸变校准的相关实现过程和计算过程如下：
12、步骤一：使用工业相机，用于从固定角度捕捉带有led照明灯的黑白双色棋盘格标定板图像，这种方法的关键在于图像处理阶段的特征点识别和追踪。特别地，重点关注带有led照明灯的棋盘格角点。led照明灯提供了清晰的视觉标记环境，极大地促进了特征点的精确识别，从而提高识别标记点准确性。
13、步骤二：捕获到led照明灯的特征点坐标，将其代入用于计算工业相机的畸变参数。这些参数随后被用于对图像进行校准，以矫正可能存在的任何畸变。为了验证校准的效果，我们基于校准结果选取其他特征点进行进一步的确认。
14、图像畸变校正步骤有：
15、步骤1：识别带有led照明灯的棋盘格角点坐标：led照明灯提供更为明显的视觉标记，有助于更准确识别特征点；
16、步骤2：计算工业相机畸变参数：使用识别出的led照明灯特征点坐标来计算工业相机的参数，包括内参矩阵和畸变系数;
17、步骤3：基于计算的相关参数对所拍摄的棋盘格图像像素点进行畸变校正。应用计算所得的内参矩阵和畸变参数对图像像素点进行精确的畸变校正。
18、针对步骤1，基于已知正常情况下led照明灯所在标记点坐标，需要确定led照明灯在拍摄图像中的标记点坐标，即假设i(x,y)表示图像在点(x,y)的亮度值，阈值设定为t。对于每个检测到的角点(xi,yi)，进行下述计算：
19、计算角点的亮度：，其中，n是角点(xi,yi)的领域内的像素数量；
20、如果l ＞ t，则(xi,yi)是led照明灯的坐标；
21、注：阈值t需要根据具体环境的光照条件进行调整。
22、针对步骤2，确定led照明灯在拍摄图像中的标记点坐标后，利用工业相机捕捉到的棋盘格图像来建立物理坐标系和图像坐标系之间的对应关系。首先，通过对棋盘格图像的分析，确定物理空间中每个点的位置以及它们在图像中的对应位置。基于这种坐标关系，能够计算出工业相机的畸变系数。畸变系数是对工业相机镜头固有畸变的量化表示，包括径向畸变和切向畸变等。利用计算得出的畸变系数，我们对捕捉到的图像进行畸变校正。
23、其中，相机内参矩阵a：
24、，
25、其中，fx，fy是焦距，cx，cy是图像的中心坐标；
26、所述畸变系数包括：径向畸变系数k1，k2，……和切向畸变系数p1，p2；...
【技术保护点】
1.一种基于图像视觉处理的基坑位移监测系统，其特征在于：包括图像传感模块、数据处理模块、监控模块和智能预警模块；
2.根据权利要求1所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像畸变校准模块，基于LED照明灯布点位置，结合张正友棋盘格标定法对图像进行畸变校准。
3.根据权利要求1或2所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像的畸变校准过程如下：
4.根据权利要求3所述的基坑位移监测系统，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的基坑位移监测系统，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像像素点智能划分提取模块按照以下步骤进行操作：
7.根据权利要求6所述的基坑位移监测系统，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像像素点位移计算模块，基于畸变校准后的图像像素点坐标，使用基于两幅图像的像素点位移计算方法，一幅是畸变校正后首次拍摄的图像，另一幅是首次拍摄后经过一段时间的图像，按照以下步骤进行操作：
9.根据权利要求1所述的基坑
10.根据权利要求1所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述智能预警模块包括图像像素点位移阈值设定模块、超阈值预警模块和监测数据突变报错模块；图像像素点位移阈值设定模块基于预设的阈值对物理位移数据进行比对和筛选，以识别导致结构风险的异常位移情况；超阈值预警模块基于图像像素点位移阈值设定模块的筛选结果，当监测到的位移超过设定的阈值时，触发预警提示；监测数据突变报错模块，用于对非正常的超阈值预警数据进行报错处理。
...【技术特征摘要】
1.一种基于图像视觉处理的基坑位移监测系统，其特征在于：包括图像传感模块、数据处理模块、监控模块和智能预警模块；
2.根据权利要求1所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像畸变校准模块，基于led照明灯布点位置，结合张正友棋盘格标定法对图像进行畸变校准。
3.根据权利要求1或2所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像的畸变校准过程如下：
4.根据权利要求3所述的基坑位移监测系统，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的基坑位移监测系统，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像像素点智能划分提取模块按照以下步骤进行操作：
7.根据权利要求6所述的基坑位移监测系统，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的基坑位移监测系统，其特征在于：所述图像像素点位移...
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