[发明专利]基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器及裂缝测量方法

说明书

本发明公开一种基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器及裂缝测量方法，包括传感器本体和不少于三只布设在结构体表面的靶标，其中第一靶标和第三靶标设置在待测裂缝的同侧，第二靶标设置在裂缝的另一侧，且第一靶标和第二靶标之间的连线垂直于裂缝的走向；传感器根据第一靶标和第三靶标之间的距离作为参考基准值，对实时获取的第一靶标和第二靶标之间的距离参数进行校准，得到裂缝宽度的动态变化参数。本发明在裂缝的两侧分别设置了若干只靶标，通过测量设定靶标的距离来等效代替被测量裂缝的宽度，并通过其他关联的靶标对测量结果进行了参数校准，获得了裂缝的动态变化参数，具有结构紧凑、稳定性好、测量精度高、时间响应快的特点。

技术领域

本发明属于结构测量领域，具体涉及一种用于大型结构物裂缝测量、基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器及裂缝测量方法。

背景技术

在桥梁、隧道、大坝等大型基础设施中，受到环境侵蚀、材料老化和荷载的长期作用下出现裂缝，是最为严重的病害之一。由于长时间的作用，裂缝可能进一步发展，以致引起灾难性的突发事故。实时、长期、精确测量裂缝的变化过程，对于大型设施的安全评估、健康运行和预防加固具有十分重要的意义。

目前，裂缝测量采用的方法主要包括：人工定期测量、监测仪器巡检、安装传统裂缝计长期监测。这些监测方法存在不同的缺点，人工检测效率较低，人员安全存在隐患。仪器巡检获取只能获取当时数据，且测量精度较低。安装传统裂缝计需要在裂缝两端与结构物主体连接固定，当结构体受到外力，如桥梁受车辆、大坝受到水压时，结构体就会发生形变，固定在结构体上的传感器也会变形，造成测量精度下降。在野外环境中，温湿度变化是不可避免的因素，传统的传感器由于材料本身的热不稳定性发生形变，也会造成测量精度的下降。裂缝的发展和变化与实时条件相关，传统的传感器响应速度较慢，难以获取动态的监测数据，不能反映特殊条件下裂缝的变化情况。

随着CCD成像技术和图像处理技术的发展，基于图像识别的各种传感器在位移测量、结构尺寸检测等领域得到了广泛的应用。申请号为201010240543.2的中国专利“一种隧道衬砌裂缝宽度的测量方法及装置”公开了一种隧道衬砌裂缝宽度的测量方法及装置，包括数码相机采集裂缝图像、图像灰度转换、边缘提取、最小距离计算等，这些利用图像识别测量结构物表面裂缝，可提高测量精度、响应速度、实现非接触测量、减小外部环境的影响，是解决目前测量方法存在问题的有效手段。然而，以上所研究的方法主要是针对通过接触式扫描或近距离拍摄所采集的裂缝放大图像。而隧道中，对于不能触及的高位裂缝图像，手持接触采集过程繁琐。而远距离拍摄的图像对噪声、光线敏感，严重影响图像成像质量，使后续的图像预处理变得困难复杂，有很多图像测量方法需要对裂缝处采用额外定制的特殊光源补光才能拍摄记录到图像，此外裂缝在远距离拍摄图像中的面积占有比例比在接触式采集的图片中的比例要小得多，余留大面积复杂多变的背景图像，再加上一些边缘检测方法的缺陷，使得近照中宽大裂缝的边缘提取方法不适用，需寻找一种合适的新方法。因此，研究一种在隧道中能便捷、定量、快速、准确地测量裂缝特征值的图像检测方法以及检测系统已成为隧道工程结构无损检测领域的迫切需要之一。

发明内容

本发明提出了一种基于多靶标图像识别处理的高精度裂缝传感器，通过获取裂缝两边设置的靶标的距离来等效替代裂缝距离，并通过关联的靶标进行了实时参数校准，获得了裂缝的实时变化参数，具有测量精度高、时间响应快、环境适应性强、结构紧凑、安装简便，适用于大型结构体表面裂缝的实时、长期及远程测量。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，包括传感器本体和不少于三只布设在结构体表面的靶标，其中第一靶标和第三靶标设置在待测裂缝的同侧，第二靶标设置在裂缝的另一侧，且第一靶标和第二靶标之间的连线垂直于裂缝的走向。