一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统

技术领域

本申请涉及机器视觉监测领域，尤其涉及一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统。

背景技术

目前，结构形变监测主要依赖于机器视觉技术，即通过固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪拍摄待测结构得到结构图像，对结构图像进行图像分析，确定待测结构的变形量。

然而，固定式机器视觉仪无法调整拍摄角度，定点旋转式机器视觉仪的旋转角度有限，导致二者的监测范围有限。为扩大监测范围，通常会布置多台固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪，导致监测成本较高。

发明内容

本申请提供一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，用以解决为扩大监测范围，通常会布置多台固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪，导致监测成本较高的问题。

第一方面，本申请提供一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，包括：至少一个轨道式机器视觉仪、至少一个控制点机器视觉仪和监测终端，其中，目标轨道式机器视觉仪是至少一个轨道式机器视觉仪中的任意一个，目标控制点机器视觉仪是至少一个控制点机器视觉仪中的任意一个；

监测终端分别与每个轨道式机器视觉仪和每个控制点机器视觉仪通信连接；

目标轨道式机器视觉仪用于位移至预设的第一位置，以监测第一位置对应的第一测点，得到第一测点的第一监测信息，以及目标轨道式机器视觉仪的位置信息和倾角信息；

目标轨道式机器视觉仪还用于根据第一监测信息、位置信息和倾角信息，得到第一测点的第二监测信息；

目标控制点机器视觉仪用于监测目标轨道式机器视觉仪，得到目标轨道式机器视觉仪的姿态信息；

监测终端用于根据第二监测信息和姿态信息，得到第一测点的变形信息。

在一种可能的设计中，监测终端中预存有第一测点在第一时刻的第一结构信息。

在一种可能的设计中，监测终端具体用于：

根据第二监测信息和姿态信息，得到第一测点在第二时刻的第二结构信息，其中，第二时刻晚于第一时刻；

根据第一结构信息和第二结构信息，得到第一测点在第一时刻与第二时刻间的变形信息。

在一种可能的设计中，每个轨道式机器视觉仪均用于监测多个测点；

每个控制点机器视觉仪均用于监测至少一个轨道式机器视觉仪。

在一种可能的设计中，目标轨道式机器视觉仪还用于位移至预设的第二位置，以监测第二位置对应的第二测点。

在一种可能的设计中，一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，还包括：网络中继器；

监测终端通过网络中继器，分别与每个轨道式机器视觉仪和每个控制点机器视觉仪通信连接。

在一种可能的设计中，每个轨道式机器视觉仪均包括：滑轨、滑块、边缘计算单元、摄像机和倾角传感器；

滑轨套设在测站柱上；

边缘计算单元分别与滑块和摄像机固定连接，边缘计算单元用于控制滑块在滑轨上位移；

倾角传感器与摄像机固定连接；

边缘计算单元分别与倾角传感器和摄像机通信连接。

在一种可能的设计中，摄像机为双目摄像机。

在一种可能的设计中，每个轨道式机器视觉仪均包括：二进制标记板；

二进制标记板套设在测站柱上，滑轨的上侧和下侧均布置有二进制标记板。

在一种可能的设计中，每个控制点机器视觉仪均为固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪；

每个控制点机器视觉仪均用于监测对应的轨道式机器视觉仪的二进制标记板。

本申请提供的一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，目标轨道式机器视觉仪用于位移至预设的第一位置，以监测第一位置对应的第一测点，得到第一测点的第一监测信息，以及目标轨道式机器视觉仪的位置信息和倾角信息；目标轨道式机器视觉仪还用于根据第一监测信息、位置信息和倾角信息，得到第一测点的第二监测信息；目标控制点机器视觉仪用于监测目标轨道式机器视觉仪，得到目标轨道式机器视觉仪的姿态信息；监测终端用于根据第二监测信息和姿态信息，得到第一测点的变形信息。实现了如下技术效果：轨道式机器视觉仪调整旋转角度，以同时监测多个测点，解决了为扩大监测范围，通常会布置多台固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪，导致监测成本较高的问题；轨道式机器视觉仪可以在测站柱上360

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的机器视觉仪监测覆盖范围面积的原理示意图；

图2为本申请实施例提供的基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统的应用场景示意图；

图3为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的安装原理示意图；

图4为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的左视结构示意图；

图5为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的主视结构示意图；

图6为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的俯视结构示意图；

图7为本申请实施例提供的二进制标记板的局部放大结构示意图。

附图标记：

110-测站；120-测点；130-控制点；

210-滑轨；220-滑块；230-边缘计算单元；240-摄像机；250-倾角传感器；260-二进制标记板。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。需要说明的是，本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

需要说明的是，本申请实施例中的“在……时”，可以为在某种情况发生的瞬时，也可以为在某种情况发生后的一段时间内，本申请实施例对此不作具体限定。此外，本申请实施例提供的一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统仅作为示例，一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统还可以包括更多或更少的内容。

为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，以下，对本申请实施例中所涉及的部分术语和技术进行简单介绍：

二进制标记板(Augmented Reality University of Cordoba board，ArUcoboard)：是指用于机器视觉姿态估计的二进制方形基准标记。其具有监测简单、快速的优点，并且具有很强的鲁棒性。

目前，结构形变监测主要依赖于机器视觉技术，即通过固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪拍摄待测结构得到结构图像，对结构图像进行图像分析，确定待测结构的变形量。

图1为现有技术提供的机器视觉仪监测覆盖范围面积的原理示意图。如图1所示，测站柱的柱中心为O、截面半径为r；定点旋转式机器视觉仪的镜头位置为O

则定点旋转式机器视觉仪的视域面积S

则轨道式机器视觉仪的视域面积S

S

可知S

同理可知固定式机器视觉仪的视域面积小于轨道式机器视觉仪的视域面积，为扩大监测范围，通常会布置多台固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪，导致监测成本较高。

其次，基于传统机器视觉仪的变形监测需要的设备数量较多，对场地及布设空间要求较高，当场地无法满足多台机器视觉仪的布设要求时，会导致监测范围不全，甚至是监测失败。

最后，传统的机器视觉仪的摄像机为单目摄像机，导致拍摄的结构图像为二维图像，监测到的监测信息不够准确。

基于此，本申请实施例提供一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，可用于机器视觉监测技术领域，旨在解决现有技术的如上技术问题。

图2为本申请实施例提供的基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统的应用场景示意图。

图3为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的安装原理示意图。

如图2所示，监测范围(如图2所示的矩形区域)内布置有多个测站110和多个测点120，监测范围外布置有多个控制点130，每个测站110和每个控制点130上均布置有一个测站柱；每个测点120上均布置有一个监测靶标，每个测站110的测站柱上均安装有一个轨道式机器视觉仪，如图3所示，每个控制点130的测站柱上均安装有一个控制点机器视觉仪，每个轨道式机器视觉仪和每个控制点机器视觉仪均与监测终端通信连接。

需要注意的是，每个轨道式机器视觉仪均被至少一个固定式机器视觉仪监控；监测终端可以布置于监测范围内，也可以布置监测范围外，还可以布置于云端服务器。

本实施例结合图2和图3所示的内容，对一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统进行详细说明。该系统包括：至少一个轨道式机器视觉仪、至少一个控制点机器视觉仪和监测终端，其中，目标轨道式机器视觉仪是至少一个轨道式机器视觉仪中的任意一个，目标控制点机器视觉仪是至少一个控制点机器视觉仪中的任意一个；

监测终端分别与每个轨道式机器视觉仪和每个控制点机器视觉仪通信连接；

目标轨道式机器视觉仪用于位移至预设的第一位置，以监测第一位置对应的第一测点，得到第一测点的第一监测信息，以及目标轨道式机器视觉仪的位置信息和倾角信息；

目标轨道式机器视觉仪还用于根据第一监测信息、位置信息和倾角信息，得到第一测点的第二监测信息；

目标控制点机器视觉仪用于监测目标轨道式机器视觉仪，得到目标轨道式机器视觉仪的姿态信息；

监测终端用于根据第二监测信息和姿态信息，得到第一测点的变形信息。

具体来说，每个轨道式机器视觉仪同时监测多个测点，监测到的信息包括：第一监测信息、位置信息、倾角信息和第二监测信息。其中，第一监测信息是指轨道式机器视觉仪拍摄测点得到的结构图像；位置信息是指轨道式机器视觉仪所在的位置，即旋转角度；倾角信息是指轨道式机器视觉仪相对于自身所在的竖直平面的倾角(即点头或仰头)，以及相对于自身所在的竖直平面的竖直垂面的倾角(即左摇头或右摇头)；第二监测信息是指轨道式机器视觉仪对第一监测信息、位置信息和倾角信息进行预处理后得到的信息，第二监测信息可以是包括结构图像、位置信息和倾角信息的压缩信息，也可以是测点的粗略变形信息，还可以是其他信息的信息。

每个控制点机器视觉仪同时监测至少一个轨道式机器视觉仪，监测到的信息包括：姿态信息。其中，姿态信息是指轨道式机器视觉仪的当前姿态。

以图2所示的应用场景示意图为例，坐标为(1，1)(即第一行的第一个设备)的轨道式机器视觉仪P

P

P

本实施例提供的一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，目标轨道式机器视觉仪用于位移至预设的第一位置，以监测第一位置对应的第一测点，得到第一测点的第一监测信息，以及目标轨道式机器视觉仪的位置信息和倾角信息；目标轨道式机器视觉仪还用于根据第一监测信息、位置信息和倾角信息，得到第一测点的第二监测信息；目标控制点机器视觉仪用于监测目标轨道式机器视觉仪，得到目标轨道式机器视觉仪的姿态信息；监测终端用于根据第二监测信息和姿态信息，得到第一测点的变形信息。实现了如下技术效果：轨道式机器视觉仪调整旋转角度，以同时监测多个测点，解决了为扩大监测范围，通常会布置多台固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪，导致监测成本较高的问题；轨道式机器视觉仪可以在测站柱上360

在一种可能的设计中，监测终端中预存有第一测点在第一时刻的第一结构信息。

具体来说，第一测点在第一时刻的第一结构信息，是指在本次测量之前的某个时刻，测量到的第一测点的结构信息。其中，结构信息是指测点在三维坐标系中的位置，包括：x轴投影位置、y轴投影位置、z轴投影位置、x轴投影转角、y轴投影转角和z轴投影转角；第一时刻可以是各个测点没有发生变形的时刻，也可以是提前定时的时刻，还可以是其他时刻；本次测量的时刻，即第二时刻，可以是各个测点可能发生变形后的时刻，也可以是提前定时的时刻，还可以是其他时刻。

在一种可能的设计中，监测终端具体用于：

根据第二监测信息和姿态信息，得到第一测点在第二时刻的第二结构信息，其中，第二时刻晚于第一时刻；

根据第一结构信息和第二结构信息，得到第一测点在第一时刻与第二时刻间的变形信息。

具体来说，在第一时刻与第二时刻间的变形信息为零时，说明第一测点在该时段没有发生变形；之后，监测终端继续获取第一测点在下一个时段的变形信息。

在第一时刻与第二时刻间的变形信息不为零时，说明第一测点在该时段发生了变形，发生变形的原因可以是地质变动，也可以是监测范围的保护区内存在施工，还可以是其他原因；之后，监测终端按照技术人员的设定，执行相关的操作，例如，监测终端计算变形风险等级，在用户终端上显示，并报警以通知技术人员。

在一种可能的设计中，每个轨道式机器视觉仪均用于监测多个测点；

每个控制点机器视觉仪均用于监测至少一个轨道式机器视觉仪。

具体来说，轨道式机器视觉仪可以按照预设的监测程序，同时监测布置在周围的多个测点，例如，按照测点的布置，顺时针方向或逆时针方向逐一监测每个测点；再例如，根据预设的测点变形概率，顺序或逆序逐一监测每个测点。

同时，控制点机器视觉仪可以按照测站和测点的布置，同时监测至少一个轨道式机器视觉仪，以确保每个轨道式机器视觉仪均被至少一个控制点机器视觉仪所监测。

需要注意的是，目标轨道式机器视觉仪可以同时被多个控制点机器视觉仪所监测。这种情况下，可以是多个控制点机器视觉仪同时监测目标轨道式机器视觉仪，监测终端对目标轨道式机器视觉仪的多个姿态信息叠加后再进行计算；还可以是一个控制点机器视觉仪监测目标轨道式机器视觉仪，这个控制点机器视觉仪可以是距离目标轨道式机器视觉仪最近的，还可以是预先设定的。

在一种可能的设计中，目标轨道式机器视觉仪还用于位移至预设的第二位置，以监测第二位置对应的第二测点。

具体来说，目标轨道式机器视觉仪逐一监测每个测点，以确保每个测点均被至少一个轨道式机器视觉仪所监测。

需要注意的是，第一测点可以同时被多个轨道式机器视觉仪所监测。这种情况下，可以是多个轨道式机器视觉仪同时监测第一测点，监测终端对第一测点的多个第二监测信息叠加后再进行计算；还可以是一个轨道式机器视觉仪监测第一测点，这个轨道式机器视觉仪可以是距离第一测点最近的，还可以是预先设定的。

在一种可能的设计中，一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，还包括：网络中继器；

监测终端通过网络中继器，分别与每个轨道式机器视觉仪和每个控制点机器视觉仪通信连接。

具体来说，每个测点的第二监测信息，均由轨道式机器视觉仪的信息发射器传递至网络中继器，进而传输至监测终端；每个轨道式机器视觉仪的姿态信息，均由控制点机器视觉仪的信息发射器传递至网络中继器，进而传输至监测终端。

在一种可能的设计中，每个轨道式机器视觉仪均包括：滑轨、滑块、边缘计算单元、摄像机和倾角传感器；

滑轨套设在测站柱上；

边缘计算单元分别与滑块和摄像机固定连接，边缘计算单元用于控制滑块在滑轨上位移；

倾角传感器与摄像机固定连接；

边缘计算单元分别与倾角传感器和摄像机通信连接。

具体来说，每个轨道式机器视觉仪的结构彼此相同，这里就其中任意一个轨道式机器视觉仪的结构进行详细说明。

图4为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的左视结构示意图；

图5为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的主视结构示意图；

图6为本申请实施例提供的轨道式机器视觉仪的俯视结构示意图。

如图4至图6所示，轨道式机器视觉仪包括：滑轨210、滑块220、边缘计算单元230、摄像机240和倾角传感器250。

滑轨210套设在测站柱上，滑轨210不会发生位置变形；

滑块220在滑轨210上位移，位移的方式不做限定，滑轨210和滑块220的材料不做限定；

边缘计算单元230内置有电源、控制芯片和计算单元，边缘计算单元230分别与滑块220和摄像机240固定连接，边缘计算单元230用于控制滑块220在滑轨210上位移，以带动摄像机240位移，得到摄像机240的位置信息，摄像机240用于监测该位置对应的测点，得到该测点的第一监测信息；

倾角传感器250与摄像机240固定连接，倾角传感器250用于得到摄像机240的倾角信息；

边缘计算单元230分别与摄像机240和倾角传感器250通信连接，边缘计算单元230还用于根据该测点的第一监测信息，以及摄像机240的位置信息和倾角信息，得到该测点的第二监测信息。

在一种可能的设计中，摄像机为双目摄像机。

具体来说，双目摄像机可以进行三维监测，相较于单目摄像机只能进行二维监测，纬度增加使第一监测信息更加准确。

在一种可能的设计中，每个轨道式机器视觉仪均包括：二进制标记板；

二进制标记板套设在测站柱上，滑轨的上侧和下侧均布置有二进制标记板。

具体来说，如图4至图6所示，轨道式机器视觉仪包括：二进制标记板260；二进制标记板260用于监测双目摄像机在各个方向的姿态偏移。

图7为本申请实施例提供的二进制标记板的局部放大结构示意图。图7为图4的二进制标记板260的局部放大图，如图7所示，相较于普通的棋盘格矫正板(Chess board)，二进制标记板可以放置在三维坐标系中的任何位置，更加适用于本发明的应用场景，其姿态偏移计算仅需要一部分标记。二进制标记板采用了大量的点对应关系标记角点，获取的姿态信息更加准确。

在一种可能的设计中，每个控制点机器视觉仪均为固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪；

每个控制点机器视觉仪均用于监测对应的轨道式机器视觉仪的二进制标记板。

具体来说，在控制点机器视觉仪为固定式机器视觉仪时，其拍摄角度不可调整；在控制点机器视觉仪为定点旋转式机器视觉仪时，其拍摄角度可以根据监测的轨道式机器视觉仪的位置进行调整。

控制点机器视觉仪用于监测对应的轨道式机器视觉仪的二进制标记板，得到该轨道式机器视觉仪的姿态信息。

以图2所示的应用场景示意图为例，在第一次监测周期，包括：

首先，P

其次，Q

最后，监测终端根据第二监测信息和姿态信息，得到D

重复上述步骤，直至监测终端得到每个测点在第一时刻的第一结构信息。

在第二次监测周期，重复上述步骤，直至监测终端得到每个测点在第二时刻的第二结构信息，以得到每个测点在第一时刻与第二时刻间的变形信息。

本实施例提供的一种基于轨道式机器视觉仪的变形监测系统，目标轨道式机器视觉仪用于位移至预设的第一位置，以监测第一位置对应的第一测点，得到第一测点的第一监测信息，以及目标轨道式机器视觉仪的位置信息和倾角信息；目标轨道式机器视觉仪还用于根据第一监测信息、位置信息和倾角信息，得到第一测点的第二监测信息；目标控制点机器视觉仪用于监测目标轨道式机器视觉仪，得到目标轨道式机器视觉仪的姿态信息；监测终端用于根据第二监测信息和姿态信息，得到第一测点的变形信息。实现了如下技术效果：轨道式机器视觉仪调整旋转角度，以同时监测多个测点，解决了为扩大监测范围，通常会布置多台固定式机器视觉仪或定点旋转式机器视觉仪，导致监测成本较高的问题；轨道式机器视觉仪可以在测站柱上360

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。