全文摘要
本实用新型公开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；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。本实用新型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。
主设计要求
1.一种基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：包括传感器本体(9)和不少于三只布设在结构体表面(11)的靶标，其中第一靶标(81)和第三靶标(83)设置在待测裂缝(10)的同侧，第二靶标(82)设置在裂缝(10)的另一侧，且第一靶标(81)和第二靶标(82)之间的连线垂直于裂缝的走向；所述的传感器本体包括机壳(7)和设置在机壳(7)内部的光学镜头(1)、图像传感器(2)、核心控制单元(3)和处理存储单元(4)，光学镜头(1)瞄准靶标，核心控制单元(3)控制图像传感器(2)采集获取包含所有靶标在内的裂缝的图像，将采集的数据存储至处理存储单元(4)内进行处理。
设计方案
1.一种基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：包括传感器本体(9)和不少于三只布设在结构体表面(11)的靶标，其中第一靶标(81)和第三靶标(83)设置在待测裂缝(10)的同侧，第二靶标(82)设置在裂缝(10)的另一侧，且第一靶标(81)和第二靶标(82)之间的连线垂直于裂缝的走向；
所述的传感器本体包括机壳(7)和设置在机壳(7)内部的光学镜头(1)、图像传感器(2)、核心控制单元(3)和处理存储单元(4)，光学镜头(1)瞄准靶标，核心控制单元(3)控制图像传感器(2)采集获取包含所有靶标在内的裂缝的图像，将采集的数据存储至处理存储单元(4)内进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：第一靶标(81)、第二靶标(82)和第三靶标(83)均固定在待测量结构体表面(11)上，且第一靶标(81)和第三靶标(83)之间的连线垂直于第一靶标(81)和第二靶标(82)之间的连线。
3.根据权利要求1所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：第一靶标(81)和第二靶标(82)固定在待测量结构体表面(11)上，第一靶标(81)和第三靶标(83)之间通过刚性连接板(85)相连接。
4.根据权利要求1-3任意之一所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：所述的传感器本体还包括远程通讯单元(6)，远程通讯单元(6)在核心控制单元(3)的控制下，将处理结果传输至远端的数据中心。
5.根据权利要求1-3任意之一所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：所述的传感器本体还包括电源管理单元(5)，用于图像传感器(2)、核心控制单元(3)、处理存储单元(4)和远程通讯单元(6)的供电控制。
6.根据权利要求1所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：光学镜头(1)为变焦镜头，图像传感器(2)为CMOS传感器。
7.根据权利要求1所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：远程通讯单元配置4G无线网络传输模块和有线传输模块。
8.根据权利要求1所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：靶标为LED灯或发光二极管，所述的LED灯或发光二极管的输出光谱为可见光波段或近红外波段。
9.根据权利要求1所述的基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器，其特征在于：机壳(7)通过固定支架(13)固定在狭缝一侧的结构体表面(11)上，所述的固定支架(13)上设置有固定传感器本体的长条孔，实现光学镜头(1)和靶标之间距离的调节。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于结构测量领域，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。
实用新型内容
本实用新型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。
本实用新型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。
所述的传感器本体包括机壳和设置在机壳内部的光学镜头、图像传感器、核心控制单元和处理存储单元，光学镜头瞄准靶标，核心控制单元控制图像传感器采集获取包含所有靶标在内的裂缝的图像，将采集的数据存储至处理存储单元内进行处理，并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。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，第一靶标、第二靶标和第三靶标均固定在待测量结构体表面上，且第一靶标和第三靶标之间的连线垂直于第一靶标和第二靶标之间的连线。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，第一靶标和第二靶标固定在待测量结构体表面上，第一靶标和第三靶标之间通过刚性连接板相连接。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，所述的传感器本体还包括远程通讯单元，远程通讯单元在核心控制单元的控制下，将处理结果传输至远端的数据中心。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，所述的传感器本体还包括电源管理单元，用于图像传感器、核心控制单元、处理存储单元和远程通讯单元的供电控制。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，光学镜头为变焦镜头，图像传感器为CMOS传感器。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，远程通讯单元配置4G 无线网络传输模块和有线传输模块。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，靶标为LED灯或发光二极管，所述的LED灯或发光二极管的输出光谱为可见光波段或近红外波段。
上述基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器中，机壳通过固定支架固定在狭缝一侧的结构体表面上，所述的固定支架上设置有固定传感器本体的长条孔，实现光学镜头和靶标之间距离的调节。
基于多靶标图像处理的裂缝动态变化传感器进行裂缝宽度动态变化参数的测量方法，包括以下步骤：
【1】参数预置
处理器在存储器中预设图像传感器、靶标及标定参数；
【2】图像数据读取及灰度化处理
处理器读取存储器中的第n帧光斑图像数据，并进行图像灰度化处理；
【3】靶标光斑中心计算
处理器计算得到靶标光斑的中心位置坐标，其中第一靶标、第二靶标和第三靶标在图像传感器上对应的像素坐标分别为设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822245402.4
申请日:2018-12-29
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:87(西安)
授权编号:CN209470670U
授权时间:20191008
主分类号:G01B 11/02
专利分类号:G01B11/02;G01B11/14
范畴分类:31B;
申请人:西安联创兴科测控科技有限公司
第一申请人:西安联创兴科测控科技有限公司
申请人地址:710018 陕西省西安市经济技术开发区华山路88号-9
发明人:李运输;王成龙
第一发明人:李运输
当前权利人:西安联创兴科测控科技有限公司
代理人:汤东凤
代理机构:11350
代理机构编号:北京科亿知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计