[发明专利]一种基于图像处理的远距离高精度位移测量方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理的远距离高精度位移测量方法。在被测移动目标上安装带一个反光贴的监测标桩，在同一视场的固定位置安装带三个反光贴的参照标桩。监测时将监测标桩和参照标桩拍摄在同一幅图像中。使用图像处理算法搜索并计算出标桩上的各个反光贴的精确中心坐标。参照标桩上的反光贴中心坐标之间实际距离是已知的，与对应的图像像素距离相比可得出水平和竖直比例系数，从而可计算出监测标桩与参照标桩之间的距离。比较两幅不同时刻拍摄的照片中监测标桩与参照标桩的距离就可算出被监测目标移动的位移。本方法的优点是可实现连续实时在线监测；计算简单且测量精度不受拍照相机移动的影响；采用亚像素定心算法测量精度高。

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，具体涉及一种基于图像处理的远距离高精度位移测量方法。

背景技术

随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展以及工程领域中对位移监测的不断研究，位移监测手段已由初期的人工监测、岩土传感器和传统大地测量技术转向全站仪、三维激光扫描技术以及多传感器的集成技术。但是现有的检测技术依赖通常的设备多，对环境因素依赖性强，实施经济成本偏高，并且在表面位移测量方面的手段测量精度有限，现有表面位移监测技术理想情况下能达到厘米级。其中全站仪能够实现远距离的精确测量，测量精度能够达到毫米级，但需要人工操作，不能很好地满足位移监测领域自动化、实时化的需求。并且设备价格非常昂贵，很难进行大范围的部署来实时监控任务。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于图像处理的远距离高精度位移测量方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于图像处理的远距离高精度位移测量方法，该方法包括下列步骤:

S1、安装参照标桩、监测标桩及对应位置上的参照反光贴、监测反光贴并通过高清摄像头采集图像数据：在参照标桩和监测标桩的前方安装高清摄像头，将参照标桩和监测标桩都集中在高清摄像头视野中。并同时刻拍摄3张照片，为了消除由于镜头造成的误差。嵌入式电脑设备通过USB接口连接高清摄像头，对高清摄像头采集拍摄的图像进行数据处理。

本发明中标桩分为两类：参照标桩和监测标桩。反光贴分为两类：参照反光贴和监测反光贴。

其中，监测标桩设置有一个监测反光贴，参照标桩设置有第一、第二、第三参照反光贴。

S2、采用常规的图像处理技术搜索提取图像中监测标桩和参照标桩上的反光贴的轮廓，使用轮廓定心算法计算每个反光贴的亚像素中心坐标。步骤如下：

先对采集的初始图像进行二值化处理，针对反光贴的颜色进行通道过滤，使用开运算和闭运算消除周围噪声的干扰，去除的背景；

在数据区计算参照反光贴和监测反光贴的中心坐标，并对中心坐标进行三次插值运算，使得中心坐标达到亚像素精度。

S3、根据第一、第二、第三参照反光贴的中心坐标，计算第一、第二参照反光贴的水平像素距离Ph，计算第二、第三参照反光贴的竖直像素距离Pv，将水平像素距离Ph、竖直像素距离Pv与安装时设定的反光贴之间的实际距离相比，得出图像水平比例系数Sh和竖直比例系数Sv。

S4、计算监测反光贴相对于第一参照反光贴的水平方向和竖直方向的像素距离和实际距离；

S5、比较两幅不同时刻拍摄的照片中监测反光贴相对于第一参照反光贴的偏移量，计算得到监测目标移动的位移。

进一步地，参照标桩需要安装在水平面处，参照标桩上固定3块或4块等比例大小的参照反光贴。参照反光贴之间的实际距离和方位是固定的，用于判断监测标桩中的监测反光贴在水平方向和竖直方向是否发生位移的依据。背景均采用黑色吸光涂料。