专利名称：远距离面内小位移测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种远距离面内小位移测量系统。
背景技术：
现有的测量建筑物沉降等的位移的系统可分为接触测量系统和非接触测量系统两类。
接触测量系统的做法是在待测位置粘贴应变片，直接测量应变，再转换为位移。在野外作业中，这种方法实施起来比较麻烦，要得到高精度的结果，对贴片技术的要求很高。
非接触测量系统是用光测的方法。其中一种是使用全站仪。全站仪能同时读出目标的方位和距离，因而能得到待测目标的三维位移量。但要达到远距离测量的高精度，需要使用激光全站仪等高档设备，不仅价格高昂，而且需要进口。另一种是使用多台相机进行多目交会。这需要事先高精度标定相机，对于野外实施比较困难。
本发明的测量系统采用单相机，结合特定的计算机软件，以事先量得的标志间距为基准，按比例计算位移量，不需标定相机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不需要对相机进行标定的、准确、自动化程度高的远距离面内小位移测量系统。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
远距离面内小位移测量系统，该系统包括合作标志、数码相机、图像采集卡和计算机，其中所述的合作标志至少有一组，每组至少有两个合作标志，所述的合作标志与待测实体固连；数码相机与图像采集卡联接；图像采集卡与计算机联接；其特征在于该系统执行如下步骤a)系统设置设置采集图像的测量模式，根据测量模式设置测量参数；b)手动采集合作标志的初始状态图像，或计算机向图像采集卡发出采图指令，图像采集卡控制数码相机拍摄合作标志的初始状态图像；c)图像采集卡将步骤b)中的初始状态图像数据输入到计算机；d)计算机接收并存储步骤b)中的初始状态图像数据，并对数据进行计算，提取合作标志的中心位置，计算成像比例；e)计算机向图像采集卡发出采图指令，图像采集卡控制数码相机跟踪拍摄合作标志的图像；f)图像采集卡将步骤e)中的图像数据输入到计算机；g)计算机接收并存储步骤e)中的图像数据，并对数据进行计算，提取初始状态及后续各状态时待测位置(点)处的合作标志在图像上的位置，计算出合作标志的位移数据；h)计算机由合作标志的位移数据计算出待测位置(点)处在水平和竖直方向上的实际位移量；i)由计算机判断实际位移量是否达到精度要求，如未达到则返回步骤e)；j)由计算机输出实际位移量或绘制出位移曲线。
所述的步骤a)中，设置采集图像的测量模式为静态过程测量或动态过程测量，根据测量模式设置重复帧数和自动识别方式或手动识别方式的测量参数。
在所述的每组合作标志中设定其中的一个合作标志为参照合作标志P0；步骤g)和h)中所述的合作标志为参照合作标志P0；所述的每组合作标志中共有五个合作标志PT、PB、PL、PR、P0，五个合作标志构成一个平面坐标，其中参照合作标志P0为坐标原点，合作标志PT位于Y轴原点的上方，合作标志PB的位于Y轴原点的下方，合作标志PL位于X轴原点的左方，合作标志PR位于X轴原点的右方；步骤d)中计算机接收并存储步骤b)中的初始状态图像数据，精确提取合作标志的中心位置，计算图像上合作标志PT、PB间的距离和合作标志PL、PR间的距离，并计算垂直和水平两个方向上的成像比例；步骤g)计算机接收并存储步骤e)中的图像数据，精确提取初始状态及后续各状态时待测位置(点)处的参照合作标志P0在图像上的精确位置，计算出参照合作标志P0的位移量；步骤h)计算机根据合作标志P0的位移量计算出待测位置(点)处在水平和竖直方向上的实际位移量。
所述的每组合作标志中共有三个合作标志P1、P2、P0，三个合作标志构成一个平面坐标，其中合作标志P1位于X轴上，合作标志P2位于Y轴上，参照合作标志P0为原点；步骤d)中计算机接收并存储步骤b)中的初始状态图像数据，精确提取合作标志的中心位置，计算图像上合作标志P0、P1间的距离和合作标志P0、P2间的距离，并计算垂直和水平两个方向上的成像比例；步骤g)计算机接收并存储步骤e)中的图像数据，精确提取初始状态及后续各状态时待测位置(点)处的参照合作标志P0在图像上的精确位置，计算出参照合作标志P0的位移量；步骤h)计算机根据合作标志P0的位移量计算出待测位置(点)处在水平和竖直方向上的实际位移量。
所述的距离的单位是毫米；成像比例的单位是毫米/象素；位移量是毫米。
所述的图像采集卡直接插入计算机的扩展槽中。
所述的图像采集卡通过数据线将图像采集卡与计算机相连。
所述的数码相机的分辩率不低于请补充500万像素。
所述的每组合作标志固定在一个合作标志板上，所述的合作标志板与待测实体固连。
本发明与现有技术相比具有以下优点将合作标志、数码相机、图像采集卡和计算机有机结合成一系统，再结合特别设计的计算机程序，使本系统不需对相机进行标定，用单个相机就能高精度监测远距离目标的面内位移量；实现对合作标志进行全场自动识别、跟踪和亚像素高精度定位；通过程序采用高频采图求取均值的方法消除低频大气扰动影响，使测量精度更高。
图1是本系统的结构示意图；图2是本发明计算机程序的设计框图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明的远距离面内小位移测量系统包括一组合作标志1、数码相机2、图像采集卡3和计算机4，其中每组合作标志中有两个合作标志，所述的合作标志1与待测实体固连；数码相机2与图像采集卡3联接；图像采集卡3直接插入计算机4的扩展槽中；该系统执行如下步骤a)系统设置——设置采集图像的测量模式为静态过程测量，并设置重复帧数、自动识别方式等测量参数；b)计算机4向图像采集卡3发出采图指令，图像采集卡3控制数码相机2拍摄合作标志1的初始状态图像；
c)图像采集卡3将步骤b)中的初始状态图像数据输入到计算机4；d)计算机4接收并存储步骤b)中的初始状态图像数据，并对数据进行计算，提取合作标志的中心位置，计算成像比例；e)计算机4向图像采集卡3发出采图指令，图像采集卡3控制数码相机2跟踪拍摄合作标志1的图像；f)图像采集卡3将步骤e)中的图像数据输入到计算机4；g)计算机4接收并存储步骤e)中的图像数据，并对数据进行计算，提取初始状态及后续各状态时待测位置处的合作标志在图像上的位置，计算出合作标志1的位移数据；h)计算机4由合作标志1的位移数据计算出待测位置处在水平和竖直方向上的实际位移量；i)由计算机4判断实际位移量是否达到精度要求，如未达到则返回步骤e)；j)由计算机4输出实际位移量。
上述距离的单位是毫米；成像比例的单位是毫米/象素；位移量是毫米。
实施例二与上述实施例不同的是，本实施例所述的合作标志具有五组，每组合作标志固定在一个合作标志板上，所述的合作标志板与待测实体固连；每组合作标志中具有五个合作标志PT、PB、PL、PR、P0，五个合作标志构成一个平面坐标，其中参照合作标志P0为坐标原点，合作标志PT位于Y轴原点的上方，合作标志PB的位于Y轴原点的下方，合作标志PL位于X轴原点的左方，合作标志PR位于X轴原点的右方；所述的数码相机有五架，每架相机对应一组合作标志；图像采集卡3通过数据线5与计算机4相连；步骤a)中，设置采集图像的测量模式为动态过程测量，并设置手动识别方式等测量参数；步骤b)中，手动采集合作标志的初始状态图像；步骤d)中计算机4接收并存储步骤b)中的初始状态图像数据，精确提取合作标志的中心位置，计算图像上合作标志PT、PB间的距离和合作标志PL、PR间的距离，并计算垂直和水平两个方向上的成像比例；步骤g)计算机4接收并存储步骤e)中的图像数据，精确提取初始状态及后续各状态时待测点处的参照合作标志P0在图像上的精确位置，计算出参照合作标志P0的位移量；步骤h)计算机根据合作标志P0的位移量计算出待测点处在水平和竖直方向上的实际位移量。
实施例三与实施例一不同的是，本实施例所述的合作标志具有四组，每组合作标志固定在一个合作标志板上，所述的合作标志板与待测实体固连；每组合作标志中共有三个合作标志P1、P2、P0，三个合作标志构成一个平面坐标，其中合作标志P1位于X轴上，合作标志P2位于Y轴上，参照合作标志P0为原点；所述的数码相机有三架，每架相机对应一组合作标志；图像采集卡3通过数据线5与计算机4相连；步骤d)中计算机4接收并存储步骤b)中的初始状态图像数据，精确提取合作标志的中心位置，计算图像上合作标志P0、P1间的距离和合作标志P0、P2间的距离，并计算垂直和水平两个方向上的成像比例；步骤g)计算机4接收并存储步骤e)中的图像数据，精确提取初始状态及后续各状态时待测点处的参照合作标志P0在图像上的精确位置，计算出参照合作标志P0的位移量；步骤h)计算机根据合作标志P0的位移量计算出待测点处在水平和竖直方向上的实际位移量，并绘制出位移曲线。
本发明的测定方法并不限于以上实施例，只要是本说明书中提及的方案均是可以实施的。
权利要求
1.远距离面内小位移测量系统，该系统包括合作标志、数码相机、图象采集卡和计算机，其中所述的合作标志至少有一组，每组至少有两个合作标志，所述的合作标志与待测实体固连；数码相机与图象采集卡联接；图象采集卡与计算机联接；其特征在于该系统执行如下步骤a、系统设置设置采集图像的测量模式，根据测量模式设置测量参数；b、手动采集合作标志的初始状态图像，或计算机向图像采集卡发出采图指令，图像采集卡控制数码相机拍摄合作标志的初始状态图像；c、图像采集卡将步骤b中的初始状态图像数据输入到计算机；d、计算机接收并存储步骤b中的初始状态图像数据，并对数据进行计算，提取合作标志的中心位置，计算成像比例；e、计算机向图像采集卡发出采图指令，图像采集卡控制数码相机跟踪拍摄合作标志的图像；f、图像采集卡将步骤e中的图像数据输入到计算机；g、计算机接收并存储步骤e中的图像数据，并对数据进行计算，提取初始状态及后续各状态时待测位置处的合作标志在图像上的位置，计算出合作标志的位移数据；h、计算机由合作标志的位移数据计算出待测位置处在水平和竖直方向上的实际位移量；i、由计算机判断实际位移量是否达到精度要求，如未达到则返回步骤e；j、由计算机输出实际位移量或绘制出位移曲线。
2.根据权利要求1所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的步骤a中，设置采集图像的测量模式为静态过程测量或动态过程测量，根据测量模式设置重复帧数和自动识别方式或手动识别方式的测量参数。
3.根据权利要求1所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于在所述的每组合作标志中设定其中的一个合作标志为参照合作标志P0；步骤g和h中所述的合作标志为参照合作标志P0；
4.根据权利要求3所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的每组合作标志中共有五个合作标志PT、PB、PL、PR、P0，五个合作标志构成一个平面坐标，其中参照合作标志P0为坐标原点，合作标志PT位于Y轴原点的上方，合作标志PB的位于Y轴原点的下方，合作标志PL位于X轴原点的左方，合作标志PR位于X轴原点的右方；步骤d中计算机接收并存储步骤b中的初始状态图象数据，精确提取合作标志的中心位置，计算图像上合作标志PT、PB间的距离和合作标志PL、PR间的距离，并计算垂直和水平两个方向上的成像比例；步骤g计算机接收并存储步骤d中的图象数据，精确提取初始状态及后续各状态时待测点处的参照合作标志P0在图像上的精确位置，计算出参照合作标志P0的位移量；步骤h计算机根据合作标志P0的位移量计算出待测点处在水平和竖直方向上的实际位移量。
5.根据权利要求3所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的每组合作标志中共有三个合作标志P1、P2、P0，三个合作标志构成一个平面坐标，其中合作标志P1位于X轴上，合作标志P2位于Y轴上，参照合作标志P0为原点；步骤d中计算机接收并存储步骤b中的初始状态图象数据，精确提取合作标志的中心位置，计算图像上合作标志P0、P1间的距离和合作标志P0、P2间的距离，并计算垂直和水平两个方向上的成像比例；步骤g计算机接收并存储步骤e中的图象数据，精确提取初始状态及后续各状态时待测点处的参照合作标志P0在图像上的精确位置，计算出参照合作标志P0的位移量；步骤h计算机根据合作标志P0的位移量计算出待测点处在水平和竖直方向上的实际位移量。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的距离的单位是毫米；成像比例的单位是毫米/象素；位移量是毫米。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的图象采集卡直接插入计算机的扩展槽中。
8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的图象采集卡通过数据线将图象采集卡与计算机相连。
9.根据权利要求1或2或3或4或5所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的数码相机的分辩率为500万像素以上。
10.根据权利要求1或2或3或4或5所述的远距离面内小位移测量系统，其特征在于所述的每组合作标志固定在一个合作标志板上，所述的合作标志板与待测实体固连。
全文摘要
本发明公开了一种远距离面内小位移测量系统，该系统包括合作标志、数码相机、图象采集卡和计算机，其中所述的合作标志至少有一组，每组至少有两个合作标志，所述的合作标志与待测实体固连；数码相机与图象采集卡联接；图象采集卡与计算机联接；该系统执行如下步骤采集合作标志的初始状态图象数据；计算成像比例；高频跟踪拍摄合作标志的图象；计算出合作标志的位移数据；计算出待测位置的实际位移量。本发明具有以下优点不需对相机进行标定，用单个相机就能高精度监测远距离目标的面内位移量；实现对合作标志进行全场自动识别、跟踪和亚像素高精度定位；通过程序采用高频采图求取均值的方法消除低频大气扰动影响，使测量精度更高。
文档编号G01B21/02GK1818545SQ20061003399
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月2日 优先权日2006年3月2日
发明者浣石, 于起峰 申请人:浣石, 于起峰