[发明专利]一种三维变形监测方法和装置

说明书

本发明属于变形监测技术领域，公开了一种三维变形监测方法和装置。装置包括LED光源组、远程控制单元、摄像机、计算和控制设备。本发明利用LED光源组来获取观测目标的三维变形，通过切换LED光源组的开、关状态来获取光源位置，能够解决现有技术中的光学法变形监测的监测结果不全面、监测结果难以可视化的问题，本发明能够实现观测结果的可视化，提高目标光源的识别可靠性，降低识别难度，监测结果全面。

技术领域

本发明属于变形监测技术领域，更具体地，涉及一种三维变形监测方法和装置。

背景技术

目前常见的变形监测技术手段有GNSS、全站仪、激光扫描仪和近景摄影测量，干涉雷达等。基于GNSS的监测手段对供电、电磁环境、通信等条件要求较高；三维激光扫描是扫描物体表面的，获得点云数据，通过后期处理得到形变量，由于点云数据量大，难以实现实时性，且其精度和距离都极为有限；而测量机器人与干涉雷达可以实现高精度测量，但是成本偏高，不易维护。

摄影测量则有许多优势所在，例如，非接触获取数据、信息量丰富，自动化和精度都较高，可以将监测成果叠加在光学图像上，实现可视化的特点。另外，摄像机配合光源实现变形监测的检测方案成本低，易于维护。而在摄像机捕获图像的时候，获取的不仅仅有LED灯的光线，还存在着实验环境内的背景光线，因此为了获得较高精度、高可靠的实验结果，需要对摄影机进行改造，通过在镜头前加红外滤波片来排除日常光线对于实验中图像处理获取LED灯位置坐标的影响。但是如此一来，就无法获取人眼熟悉的光学图像，观测结果的可视化难以实现。另外，目前的光学法变形监测方法的光源为单光源，仅能实现X,Y两个方向的位移监测，结果不全面。

发明内容

本发明通过提供一种三维变形监测方法和装置，解决现有技术中的光学法变形监测的监测结果不全面、监测结果难以可视化的问题。

本发明提供一种三维变形监测方法，包括以下步骤：

步骤1、将LED光源组固定在观测目标上，所述LED光源组包含多个LED灯；

步骤2、计算和控制设备发送第一控制信息至远程控制单元，所述远程控制单元根据所述第一控制信息控制所述LED光源组的开启；通过摄像机采集所述LED光源组在开启状态下的第一图像；所述计算和控制设备发送第二控制信息至远程控制单元，所述远程控制单元根据所述第二控制信息控制所述LED光源组的关闭；通过所述摄像机采集所述LED光源组在关闭状态下的第二图像；

步骤3、对所述第一图像和所述第二图像均进行灰度化处理；

步骤4、对灰度化后的所述第一图像和所述第二图像进行求差处理得到差值图，对所述差值图进行二值化处理，得到二值化差值图；

步骤5、对所述二值化差值图进行漫水填充处理，得到填充图像；

步骤6、对所述填充图像进行轮廓提取，基于轮廓提取结果对LED灯进行拟合，并得到LED灯的圆心坐标，记为第一圆心坐标信息；

步骤7、重复步骤2至步骤6，得到LED灯位置发生变化之后的圆心坐标，记为第二圆心坐标信息；

步骤8、基于相邻的两个所述LED灯之间的实际距离、所述第一圆心坐标信息、所述第二圆心坐标信息，计算得到观测目标在z轴方向的位置变化信息；

步骤9、基于所述第一圆心坐标信息、所述第二圆心坐标信息、所述观测目标在z轴方向的位置变化信息，计算得到观测目标在x轴方向的位置变化信息、观测目标在y轴方向的位置变化信息；综合所述观测目标在z轴方向的位置变化信息、所述观测目标在x轴方向的位置变化信息、所述观测目标在y轴方向的位置变化信息，得到观测目标的位移结果信息。

优选的，将所述第一图像或所述第二图像作为光学图像，将所述光学图像与所述观测目标的位移结果信息进行叠加，得到观测结果对应的可视化图像。