[发明专利]一种全场实时桥梁挠度测量方法

说明书

本发明提供了一种全场实时桥梁挠度测量方法，其包括如下步骤：测量准备、全场比例因子确定、图像采集、全场图像位移计算以及全场挠度计算。本申请所要求保护的技术方案在相机斜光轴成像的条件下(即成像近大远小效果)，分别计算出图像中每个像素点的从图像位移到实际挠度/位移的标定系数(约百万个点)，快速实现图像高精度匹配(百万个点实时匹配计算)，从而实时计算出全场桥梁挠度。

技术领域

本发明涉及桥梁检测技术领域，尤其是涉及一种全场实时桥梁挠度测量方法。

背景技术

基于机器视觉的桥梁挠度检测方法主要分为三步：1)计算出图像位移到实际挠度/位移的比例关系；2)对比变形前后图像，计算出变形后图像中的像素位移；3)结合比例系数和图像位移的关系，最后计算出实际挠度/位移。

现有的基于机器视觉的常用桥梁挠度检测技术大体分为两类：1)单点检测技术，即相机视场中的待测点仅有一个。这种方法较易于实现，因为只有一个待测点，可将视场调整到非常小(一般为小于2厘米)，由于视场足够的小，可近似认为视场中每个点从图像位移到实际挠度/位移的比例系数一样。再由于视场足够小，所以桥梁发生变形时，图像位移一定是较大的，可用多种图像处理方法提取图像像素位移。2)多点检测技术，即相机视场中同时有多个待测点。由于数字图像相关技术的蓬勃发展，多点测量技术是近年来新兴起的先进测量方法。多点测量时，由于要同时拍摄到多个测量点，相机视场很大，拍摄到的物体近大远小，由此涉及到两个重点问题：不同测量点的比例/标定系数计算、较小图像位移(小于1像素)的匹配计算。针对标定问题，现有文献中的解决方案是应用倾角仪、测距机等辅助设备，针对每个测量点测量出具体的辅助参数，再依次计算出每个测量点的比例系数。针对匹配问题，对于每个测量点应用高精度数字图像匹配算法，可依次测量出每个测量点的图像位移。

目前，现有技术存在如下缺点或不足：

(1)、现有的单点检测技术，由于视野范围很小，需要镜头焦距非常大，造成相机对焦困难，现场测量时需要有经验的操作人员进行设备调试。一般而言，在桥梁等大型建筑物进行挠度测量时，需要同时检测多个点或整个面，这种基于单点检测技术的设备，就需要同时架设多台设备，不仅架设困难还需要多名操作人员，且不同的设备之间不能做到数据的绝对同步，较难从整体上分析桥梁等大型结构体的整体变形趋势。

(2)、现有的多点检测技术，一般是指数量有限的几个关键部位的测量点(比如测量桥梁上的1/4跨、跨中、3/4跨位置)。随着大数据时代的来临，仅有的几个关键位置的数据，很难满足现有的检测需求。如果将多点检测技术，直接用于桥梁全场挠度的实时测量，主要有两大无法弥补的不足。不足一：关于标定。相机光心与桥梁上的被测点一般呈斜光轴成像，即在相机中成像的桥梁有近大远小的效果，每个像素点从像素位移换算到实际挠度/位移都有不同的比例系数。经典的单点标定方案需要对每个待测点测量其到相机光心的距离，并且用倾角仪测量出到水平地面的垂直夹角，然后应用这些辅助参数，计算出单个测点的具体比例系数。在全场测量时，假设相机分辨率为500万像素，待测的桥平面占图像1/3，即约为167万像素点，对这167万个待测点分别测距、测角度是不现实的。不足二：关于匹配。桥梁的挠度测量讲究实效性，需要进行实时原位测量。多点检测技术中的变形前后图像的匹配算法，一般使用已经比较成熟的数字图像相关方法即可以实现高精度匹配。但是，基于多点检测技术的系统中待测量的往往仅有几个点(一般不超过10个)，计算量不大，可实现实时计算，但是以前面的例子看，全场匹配大概需要计算167万个像素点，这里需要对全场的图像匹配算法进行优化，实现不损失匹配精度的超级快速算法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容