【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程表面位移测量，具体涉及一种基于机器视觉的大视角位移测量装置及方法。
技术介绍
1、边坡自动化监测，可以及时掌握边坡的变化情况，提前发现潜在的边坡滑坡、崩塌和塌方等灾害风险，从而及时采取相应的应急措施，确保人员和财产的安全。
2、边坡自动化监测中，重点监测指标为边坡表面位移。边坡表面监测是指为掌握边坡岩石移动状况，发现边坡破坏预兆，对边坡位移的速度、方向等进行的监测。目前，边坡表面位移监测手段主要包括以下四种：
3、(1)基于北斗gnss卫星的位移监测系统：通过在边坡表面安装北斗监测单元，北斗监测单元水平方向精度为±2.5mm，垂直方向精度为±3～5mm左右。然而，此种监测方法依赖卫星信号，适用开阔区域，对于周边林木茂密的部分边坡，北斗监测遮挡严重，从而无法适用此种方法；另外，北斗监测单元的布设需要设置水泥墩柱等基础，在某些高陡边坡施工难度大，难以部署安装。
4、(2)基于合成孔径雷达的位移监测系统：此方法通过合成孔径雷达发射微波进行反射，利用差分干涉技术获取边坡监测点的相位变化，位移监测精度可达1mm。但目前此技术使用昂贵，同时受大气干扰扰动较大。
5、(3)全站仪自动测量系统：此方法需要在边坡上安装反射棱镜，通过激光反射和光学识别，位移监测精度可达0.1～1mm，测量距离可达1公里，但全站仪自动测量系统受环境影响较大，尤其在雨天无法应用，无法满足全天候场景。
6、(4)固定式机器视觉位移测量设备：单台设备因光学镜头特性限制，单台设备视角可视范围有限，
7、由此可见，现有的各类边坡表面位移监测手段，具有施工难度大、部署安装困难、使用场景具有较大的局限性、测量精度受环境影响较大以及位移分析过程复杂等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于机器视觉的大视角位移测量装置及方法，可有效解决上述问题。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种基于机器视觉的大视角位移测量装置，包括：高精数控编码云台(1)、机器视觉相机(2)、光学镜头(3)、红外补光灯(4)和无源反光靶标(5)；其中，所述无源反光靶标(5)包括基准靶标和多个测点靶标；
4、在被监测结构物的稳定区域位置固定设置所述基准靶标；在被监测结构物的表面分布设置多个监测测点，每个所述监测测点均设置所述测点靶标；
5、在被监测结构物的周围设置360°全角度旋转的所述高精数控编码云台(1)，所述高精数控编码云台(1)搭载所述机器视觉相机(2)，所述机器视觉相机(2)安装所述光学镜头(3)，所述机器视觉相机(2)的外侧设置多个所述红外补光灯(4)，每个所述红外补光灯(4)对准一个所述无源反光靶标(5)，用于对该无源反光靶标(5)进行红外照射。
6、优选的，所述高精数控编码云台(1)具有编码器，所述编码器为单圈绝对值编码器。
7、优选的，所述机器视觉相机(2)，用于向所述高精数控编码云台(1)发送转动控制指令，从而控制所述高精数控编码云台(1)转动，并且，所述机器视觉相机(2)实时接收所述高精数控编码云台(1)的编码器采集到的编码器绝对位置数据。
8、本专利技术还提供一种所述的基于机器视觉的大视角位移测量装置的位移测量方法，包括以下步骤：
9、步骤1，设置初始参数值，包括：机器视觉相机(2)的单次拍摄视角θ1，机器视觉相机(2)拍摄图像的图像分辨率rh*rv；其中，rh为图像水平像素分辨率，rv为图像垂直像素分辨率；机器视觉相机(2)采集的相邻图像的重叠角度θ2；高精数控编码云台(1)的编码器分辨率ne；控制周期t；
10、步骤2，机器视觉相机(2)驱动高精数控编码云台(1)复位到初始位置，此时，使高精数控编码云台(1)的编码器归零，同时，保证在机器视觉相机(2)的视野内可见基准靶标；
11、机器视觉相机(2)抓拍获得包含基准靶标的图像image0，并记录此时编码器输出的编码器绝对位置值pe0；
12、步骤3，在每个控制周期t，机器视觉相机(2)驱动高精数控编码云台(1)从初始位置开始匀速旋转360°，在高精数控编码云台(1)匀速旋转过程中，编码器按照编码器分辨率ne，实时采集得到编码器绝对位置pej，j代表编码器采集到的编码器绝对位置的序号，并实时反馈给所述机器视觉相机(2)；
13、所述机器视觉相机(2)根据编码器实时反馈的编码器绝对位置pej，判断是否达到图像抓拍时间，如果达到，则所述机器视觉相机(2)抓拍获得图像imagei，i代表图像序号，判断方法为：从初始位置开始，当所述机器视觉相机(2)判断得到高精数控编码云台(1)的旋转角度δθ＝θ1-θ2时，达到第1次图像抓拍时间；在第1次图像抓拍后，当高精数控编码云台(1)的旋转角度δθ＝θ1-θ2，达到第2次图像抓拍时间，依此类推，使相邻两次图像抓拍对应的旋转角度为δθ＝θ1-θ2；
14、步骤4，当机器视觉相机(2)驱动高精数控编码云台(1)旋转一周时，设共得到n+1张图像，按序分别为：image0,image1,…,imagen；
15、将前后连续的图像image0,image1,…,imagen进行像素列级的无缝拼接，形成360度全景图像，拼接方法为：
16、步骤4.1，图像粗对齐拼接：
17、对每张图像imagei的像素列进行编码器绝对位置的标记，i＝0,1,…,n；
18、比较前一张图像image的尾部区域标记的编码器绝对位置，与后一张相邻图像image的首部区域标记的编码器绝对位置，将具有相同编码器绝对位置的前一张图像image的像素列和后一张相邻图像image的像素列重叠，从而实现前一张图像image的尾部区域和后一张相邻图像image的首部区域重叠，前一张图像image和后一张相邻图像image具有重叠区域，进而实现图像粗对齐拼接；
19、步骤4.2，图像配准精细拼接：
20、分别识别前后相邻两张图像的重叠区域的内容，如果内容存在偏差，则对后一张图像进行移位，调整前后相邻两张图像的重叠区域，得到新的重叠区域，并记录新的重叠区域的起始列的编码器绝对位置，实现对前后相邻两张图像基于内容的重叠区域的精细拼接配准；
21、步骤4.3，图像裁剪拼接全景图：
22、在完成对图像image0,image1,…,imagen的精细拼接后，得到初始全景图，对初始全景图进行裁剪，从起始像素列开始，保留rh*(n-1)个像素列，剩余像素列裁剪掉，得到全景拼接图像image-p；
23、步骤5，在得到第1个全景拼接图像image-p后，按控制周期t，得到多个全景拼接图像image-p；对于每个全景拼接图像i本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的大视角位移测量装置，其特征在于，包括：高精数控编码云台(1)、机器视觉相机(2)、光学镜头(3)、红外补光灯(4)和无源反光靶标(5)；其中，所述无源反光靶标(5)包括基准靶标和多个测点靶标；
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大视角位移测量装置，其特征在于，所述高精数控编码云台(1)具有编码器，所述编码器为单圈绝对值编码器。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大视角位移测量装置，其特征在于，所述机器视觉相机(2)，用于向所述高精数控编码云台(1)发送转动控制指令，从而控制所述高精数控编码云台(1)转动，并且，所述机器视觉相机(2)实时接收所述高精数控编码云台(1)的编码器采集到的编码器绝对位置数据。
4.一种权利要求1至3任一项所述的基于机器视觉的大视角位移测量装置的位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的大视角位移测量装置的位移测量方法，其特征在于，高精数控编码云台(1)旋转360°时，编码器输出的编码器绝对位置的数量为2^Ne；为使机器视觉相机(
6.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的大视角位移测量装置的位移测量方法，其特征在于，θ2按θ1的比率选取，θ2＝θ1/32。
7.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的大视角位移测量装置的位移测量方法，其特征在于，步骤5中，采用以下方法，分析测点靶标的位移量：
...【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的大视角位移测量装置，其特征在于，包括：高精数控编码云台(1)、机器视觉相机(2)、光学镜头(3)、红外补光灯(4)和无源反光靶标(5)；其中，所述无源反光靶标(5)包括基准靶标和多个测点靶标；
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大视角位移测量装置，其特征在于，所述高精数控编码云台(1)具有编码器，所述编码器为单圈绝对值编码器。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大视角位移测量装置，其特征在于，所述机器视觉相机(2)，用于向所述高精数控编码云台(1)发送转动控制指令，从而控制所述高精数控编码云台(1)转动，并且，所述机器视觉相机(2)实时接收所述高精数控编码云台(1)的编码器采集到的编码器绝对位置数据。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨琼柱，曾健，黄兆攀，朱向荣，周会敏，
申请(专利权)人：云南航检装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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