一种非接触移动目标位移检测方法技术

本发明专利技术提出一种非接触移动目标位移检测方法，利用二值随机编码图像靶标及随机矩阵的互相关特性实现位移检测。固连于被测对象并随之移动的靶标上印有二值随机编码图像，其编码值对应于一个二值随机矩阵（称为靶标矩阵）。在不同时刻以固定的光轴及视角对靶标区域进行拍摄，每次所得的靶标局部图像经译码后为靶标矩阵的一个子矩阵（称为检测矩阵）。不同时刻检测矩阵与靶标矩阵的互相关函数峰值的偏移量与被测对象的位移距离成正比，由此关系实现检测。由随机矩阵互相关函数的特性可知，该方法的检测精度高、抗干扰能力强、对图像质量要求低，适合不同观测距离下的长期在线自动检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及一种利用图像处理方法 进行非接触移动目标位移检测的方法。
技术介绍
在桥梁、楼宇、大坝等大型建筑结构的安全状态监测和山体滑坡、地面沉降等自然灾害 的监测中，需要对目标上某些特定点的位移情况进行长H月、连续检测和记1用于这种场合的位 移检测技术和设备必须具有远距离、非接触的特点。目前可用于上述场合的检测方法有三类(1)激光全站仪，测量精度高，但设备价格昂贵、对工作环境以及安装使用条件等 要求高，不适合长期无人值守在线工作；(2)GPS全球定位系统，可以长期无人值守在线工作，但检测精度低、动态响应不 够、价格昂贵，只能用于天线不受遮挡的开阔环境；(3)利用图像处理的位移检测方法，方便、灵活、廉价、适合无人值守在线工作。但 现有的利用图像处理的位移检测方法对环境光照、能见度、异常遮挡等因素过于敏感，因而 检测结果的可靠性低，限制了这种方法在安全监测等重要场合的应用。现有图像处理位移检测方法的原理，是事先在被测对象上选定或人为固定上去一 个醒目的标记。在一个固定位置上安装一台图像传感设备(照相机、摄像机等可以拍摄图 像的设备的总称)，间隔一段时间对包含标记的区域拍摄一幅图像。每次拍摄时的主光轴、 视角保持不变，即，图像的取景方向和范围始终保持不变。将每次拍摄的图像进行滤波、增 强等常规处理后，根据图像中标记与周围区域的灰度差别识别出标记所图形的区域边缘。 然后，以像素为单位比较不同时刻标记区域在整幅图像中的位置改变量，再由焦距、物距和 像素尺寸等参数根据几何光学原理换算出标记图形的实际位移量，从而实现位移检测。现有图像处理位移检测方法存在的不足是由于图像标记区域识别的结果对图像 清晰度、曝光程度非常敏感，因此，光照强度、能见度、空气折射现象等因素都会对识别结果 造成影响。当周围光照干扰较强、能见过低、有异常遮挡时，检测结果很甚至失效。因此，现 有的利用图像处理的位移检测方法，容易受到干扰，检测可靠性低。
技术实现思路
针对现有利用图像处理的位移检测方法检测结果受环境条件影响大、可靠性低的 问题，本专利技术提出，其目的是提高图像处理位移检测方 法的抗环境干扰能力，提高检测精度和可靠性。本专利技术的技术方案是一种非接触的移动目标位移检测方法，其特征在于首先按 下述方法制作二值随机编码图像靶标(1)在靶标平面上确定纵、横方向，分别沿纵向和横向将靶标平面均勻划分为 N1X N2个高度h X宽度w的矩形码元阵列， (2)依照0. 5 0.5的概率生成一个N1X N2的二值随机矩阵，(3)依照二值矩阵中每一位的取值将靶标中相应码元染色；然后，按以下方法之 一实现检测⑴方法一步骤一将队=1的单列靶标固定在被测对象上，靶标纵向沿被测对象移动方向， 选定主光轴和视角使靶标纵向平行于拍摄图像纵向，步骤二 在检测开始的、时刻拍摄图像，常规处理后分割出检测图像，步骤三依照码元颜色由检测图像解码得到检测序列DtOII1)，步骤四*DT(mi)与D(Ii1)互相关峰值的偏移量，记作kyl，步骤五在时刻t2重复以上步骤二至四，得到偏移量ky2，步骤六靶标纵向与主光轴之间安装夹角Ciy，则U1 t2)时间段内的单向位移分 量为dy = h · (ky2-kyl) · sin α y ；(2)方法二步骤一将靶标固定在被测对象上，选定主光轴和视角，使靶标纵向平行于拍摄图 像的纵向，步骤二 在检测开始的、时刻拍摄图像，常规处理后分割出检测图像，步骤三依照码元颜色由检测图像解码得到检测矩阵DtOii1, m2)，步骤四求似叫，叫)与D(ni，n2)互相关峰值的偏移量，记作(kyl kxl)，步骤五在时刻t2重复以上步骤二至四，得到偏移量(ky2 kx2)，步骤六靶标纵向和横向与主光轴之间夹角分别为(ay αχ)，则(tl t2)时间段内d — h-\k ^ —k , J-sincir的位移分量分别为y ) yl( y。 dx=h\kx2-kxX)-smax上述的一种非接触的移动目标位移检测方法，其特征在于所述的矩形码元阵列中 的码元尺寸和检测图像参数的选择方法为(1)码元高度h和宽度w分别小于该方向分辨率要求的二分之一倍；(2)检测图像覆盖靶标范围，纵向大于等于3Ly小于等于& ；横向大于等于3LX 小于等于N2;(3)靶标图像面积为纵向X横向=2h (N1-Ly) X 2w (N2-Lx)。本专利技术的有益效果是1)利用二值随机编码图像靶标进行检测，对图像清晰度和 保真度的要求下降，只要求检测图像的码元可以正常译码即可。因此，本专利技术提出的方法受 环境光照强度、能见度、空气折射现象等因素的影响小，环境适应能力强；2)由二值随机矩 阵相关函数的性质可知，本专利技术提出的方法在靶标图像被部分遮挡造成检测矩阵缺失的情 况下，只要相关函数的峰值能够分辨则检测结果就不受影响，因此，检测可靠性高；幻本发 明提出的方法只要求图像传感设备的成像质量满足译码条件，而对观测点和被测对象之间 距离没有限制，适用于不同观测距离下的长期在线自动检测。附图说明图1是本专利技术的单向检测二值随机编码图像 靶标示意图；图2是单向位移检测方法示意图3是本专利技术的平面检测二值随机编码图像 靶标示意图；图4是平面位移检测方法示意图。图中符号说明T 被检测对象Al 单向二值随机编码图像靶标示意A2 单向位移检测时的拍摄图像示意A3 单向位移检测时的检测图像示意Alv 单向检测时的靶标的纵轴A3v:单向检测时拍摄图像的纵轴D(H1)单向检测的靶标序列Dt(iii1)单向检测时的检测序列R(ky)单向位移检测的互相关函数Bl 平面二值随机编码图像靶标示意B2 平面位移检测时的拍摄图像示意B3 平面位移检测时的检测图像示意Blv 平面检测时的靶标的纵轴Blh 平面检测时的靶标横轴D(ni，n2)靶标矩阵DT(mi，m2)检测矩阵R(ky，kx)平面位移检测的互相关函数Vy 图像传感设备的纵向视场角Vx 图像传感设备的横向视场角Cm:图像传感设备Cp 计算机ky 互相关运算的纵向偏移量kx 互相关运算的纵向偏移量N1 靶标阵列的行数队靶标阵列的列数α y 靶标纵轴与图像传感设备主光轴之间锐角α χ 靶标横轴与图像传感设备主光轴之间锐角具体实施例方式下面以具体实施方法对本专利技术加以说明，参见 图1至图4 为了方便描述，首先对如下术语的含义作出约定二值编码矩阵元素取值“0”或“1”的矩阵；二值随机编码矩阵元素值依给定概率随机取“0”或“1”的矩阵；二值编码图像阵列等尺寸矩形单元自左向右、自上向下均勻排列而成的整列，每个矩形单元以深、浅色分别代表数值“0”或“1”，整个图像阵列对应于一个二值编码矩阵；码元二值编码图像阵列中的一个矩形单元称为一个码元；二值随机编码图像靶标被测对象上固有的或人为固定于被测对象的、印有二值 随机编码图像阵列的平面，以下简称“靶标”；靶标矩阵印在靶标上的二值随机编码图像阵列所对应的二值矩阵，以下用Dfc1, n2)表示，用N1XN2表示其“行X列”数。^N2= 1时简记为D(Ii1)并称为“靶标序列”，其 中元素与自上而下顺序排列的码元相对应；连续码长度靶标矩阵Dfc1, n2)中沿行或列方向最长连续“0”或“ 1”的个数，行 方向的最长连续码记作Lx、列方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触的移动目标位移检测方法，其特征在于首先按下述方法制作二值随机编码图像靶标：（１）在靶标平面上确定纵、横方向，分别沿纵向和横向将靶标平面均匀划分为Ｎ↓［１］×Ｎ↓［２］个高度ｈ×宽度ｗ的矩形码元阵列，（２）依照０．５∶０．５的概率生成一个Ｎ↓［１］×Ｎ↓［２］的二值随机矩阵，（３）依照二值矩阵中每一位的取值将靶标中相应码元染色；然后，按以下方法之一实现检测：（１）方法一步骤一：将Ｎ↓［２］＝１的单列靶标固定在被测对象上，靶标纵向沿被测对象移动方向，选定主光轴和视角使靶标纵向平行于拍摄图像纵向，步骤二：在检测开始的ｔ↓［１］时刻拍摄图像，常规处理后分割出检测图像，步骤三：依照码元颜色由检测图像解码得到检测序列Ｄ↓［Ｔ］（ｍ↓［１］），步骤四：求Ｄ↓［Ｔ］（ｍ↓［１］）与Ｄ（ｎ↓［１］）互相关峰值的偏移量，记作ｋ↓［ｙ１］，步骤五：在时刻ｔ↓［２］重复以上步骤二至四，得到偏移量ｋ↓［ｙ２］，步骤六：靶标纵向与主光轴之间安装夹角α↓［ｙ］，则（ｔ↓［１］　ｔ↓［２］）时间段内的单向位移分量为：ｄ↓［ｙ］＝ｈ.（ｋ↓［ｙ２］－ｋ↓［ｙ１］）.ｓｉｎα↓［ｙ］；（２）方法二步骤一：将靶标固定在被测对象上，选定主光轴和视角，使靶标纵向平行于拍摄图像的纵向，步骤二：在检测开始的ｔ↓［１］时刻拍摄图像，常规处理后分割出检测图像，步骤三：依照码元颜色由检测图像解码得到检测矩阵Ｄ↓［Ｔ］（ｍ↓［１］，ｍ↓［２］），步骤四：求Ｄ↓［Ｔ］（ｍ↓［１］，ｍ↓［２］）与Ｄ（ｎ↓［１］，ｎ↓［２］）互相关峰值的偏移量，记作（ｋ↓［ｙ１］　ｋ↓［ｘ１］），步骤五：在时刻ｔ↓［２］重复以上步骤二至四，得到偏移量（ｋ↓［ｙ２］　ｋ↓［ｘ２］），步骤六：靶标纵向和横向与主光轴之间夹角分别为（α↓［ｙ］　α↓［ｘ］），则（ｔ↓［１］　ｔ↓［２］）时间段内的位移分量分别为：＊＊＊。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：樊可清，王玲，
申请(专利权)人：五邑大学，樊可清，王玲，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]