橋梁撓度監測需求設定參數，完成多通道C⑶相機同步采集、圖像處理、標尺標定、撓度 計算、曲線顯示、數據存儲及提供監測報告等功能，具有實時采集、快速處理、操作簡單等優 點，適于橋梁結構撓度變形的長期健康監測。
[0098] 本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，本領域 技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于 本發明所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于C⑶的多通道橋梁撓度監測系統，其特征在于一種基于C⑶的多通道橋梁 撓度監測系統具體包括：圖像采集模塊、撓度處理模塊、參數輸入模塊和操作按鈕模塊；其 中，撓度處理模塊包括撓度曲線子模塊和撓度數值子模塊；操作按鈕模塊包括圖像預覽子 模塊、圖像采集子模塊、停止預覽子模塊、停止采集子模塊和標定子模塊。2. 根據權利要求1所述一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測系統，其特征在于：基于 CCD的多通道橋梁撓度監測系統利用參數輸入模塊將采集靶標圖像的參數輸入；利用圖像 預覽子模塊將靶標的視場畫面在圖像采集模塊的窗口進行實時顯示，根據視場畫面調整 CCD相機的角度、焦距及光照情況；將相機調整后，利用停止預覽子模塊釋放對CCD相機的 占用；隨后，利用標定子模塊對每臺CCD相機做1次目標標定的操作，即可完成標尺標定； 利用圖像采集子模塊控制CCD相機對反映測點所在位置處的撓度的靶標圖像進行采集， CCD相機采集到的靶標圖片及分析得到的撓度數據將被保存到指定位置；同時，在撓度曲 線子模塊區實時顯示橋梁測點的撓度曲線，在撓度數值子模塊區實時顯示橋梁測點的撓度 數值；最后，橋梁撓度監測過程結束時，利用停止采集子模塊停止CCD相機對靶標圖像的采 集；其中，輸入的參數包括靶標圖像的采集周期、橋梁結構撓度變形數據文件的保存時間和 目標尺寸，目標尺寸為靶標圓斑的直徑。3. 根據權利要求2所述一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測系統，其特征在于： 所述的圖像預覽子模塊用于實時顯示CCD相機所對的靶標的視場畫面，以調整CCD相 機的角度、焦距及光照情況； 所述的撓度處理模塊用于顯示分析計算得到撓度曲線和撓度數值； 所述的參數輸入模塊用于輸入采集橋梁撓度測點所在處的靶標圖像的參數；其中，輸 入采集橋梁撓度測點所在處的靶標圖像的參數包括橋梁撓度測點所在處的靶標圖像采集 周期參數、文件保存參數和目標尺寸參數； 所述的操作按鈕模塊用于控制多通道靶標圖像的預覽、采集、標定及停止采集； 所述的撓度曲線子模塊用于實時顯示橋梁撓度測點所在處的撓度變形曲線； 所述的撓度數值子模塊用于實時顯示橋梁撓度測點所在處的撓度變形數值； 所述的停止預覽子模塊用于釋放CCD相機的占用； 所述的標定子模塊用于控制CCD相機所對目標標定的操作； 所述的圖像采集子模塊用于控制CCD相機采集測點所在位置處的靶標圖像； 所述的圖像采集模塊用于實時顯示CCD相機采集測點所在位置處的靶標圖像； 所述的停止采集子模塊用于停止CCD相機采集測點所在位置處的靶標圖像。4. 一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測方法，所述的基于CCD的多通道橋梁撓度監測 方法是基于CCD的多通道橋梁撓度監測裝置實現的，所述的裝置包括多路CCD相機、靶標、 射燈、鏡頭、相機支架、射燈支架、時控開關、多通道圖像采集卡和計算機組成；其特征在于 一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測方法具體計算過程如下： 步驟一、由于橋梁受載荷作用，每臺CCD相機獲得橋梁撓度變形后的靶標圖像； 步驟二、假設t。時刻的參考子區中心的靶標圖像坐標為（X(]，y。）刻橋梁發生變 形，變形后的靶標圖像的變形子區中心的坐標為（Xl，yi); 步驟三、通過數字圖像相關方法（Digital image correlation, DIC)計算變形時刻h 的變形子區的中心坐標（Xl，yi)，選擇的相關系數為零均值歸一化互相關系數(^&，如式（I) 所示：式中，f(u，V)為參考子區中點（U，V)位置處的灰度值，參考子區大小為 (2M+1) X (2M+1) ;g(u'，ν'）為在變形子區中與點（u，V)對應的點（u'，ν'）的灰度值；;7為 參考子區中各點f(u，V)的灰度平均值；$為變形子區中各點g(u'，ν'）的灰度平均值； 步驟四、選擇的亞像素搜索方法為二次曲面擬合方法；設相關系數矩陣CZNee*絕對值 最大的元素的位置為Q(x。，y。)，由Q及其周圍的8個整像素點共9個像素點形成局部二次 曲面，二次曲面方程如式（2)所示： Φ (x, y) = ax2+by2+cxy+dx+ey+f (2) a、b、c、d、e和f為擬合多項式的系數；步驟五、通過9個像素點的位置以及9個像素點對應位詈處的相關系數值，擬合出式 (2)中的未知系數a~f，從而計算出曲面極值點的坐標 即為變形子區 中心坐標在變形圖像上的位置（X1J1); 步驟六、^時刻變形子區中心坐標（Xl，yi)與初始時刻參考子區中心坐標（X(]，y。）的差 值，即為h時刻橋梁測點處的水平和垂直位移（Λ X，Λ y)，如式（3)所示：其中，Λ X為h時刻橋梁測點處的水平位移，Λ y為t i時刻橋梁測點處的垂直位移，即 橋梁撓度數值。5.根據權利要求4所述一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測方法，其特征在于：基于 CCD的多通道橋梁撓度監測裝置的安裝過程為： (1) 、將每個靶標安裝在被監測橋梁結構需要監測撓度的位置處；所述靶標上涂黑底白 斑，圓形白斑位于靶標中心； (2) 、將光學鏡頭與CCD傳感器相連，并將CCD相機安裝在相機支架上；將射燈安裝在射 燈支架上； 其中，安裝的CCD相機型號性能相同，并且CCD相機都具有較高圖像分辨率；光學鏡頭 尺寸與CCD傳感器尺寸必須匹配，接口類型匹配；較高圖像分辨率為百萬像素以上； (3) 、將帶支架的CCD相機和帶支架的射燈固定在橋墩；或者將帶支架的CCD相機安裝 固定在橋墩的蓋梁上；其中，CCD相機具有自動增益控制和背景光自動補償功能；CCD相機 數目決定于橋梁撓度測點數目； (4) 、將CCD相機與電源連接后，通過導線將CCD相機與電腦相連；將時控開關與射燈相 連，并將時控開關接通電源； (5) 、打開CCD相機，調整CCD相機的角度和焦距，使靶標位于視場中央且圖像清晰，然 后將CCD相機固定；打開射燈，并調整射燈的角度來對準靶標；調整完成后，將射燈固定； (6)、每臺CCD相機通過導線連接到多通道圖像采集卡上，多通道圖像采集卡安裝在計 算機上，運行計算機中的基于CCD的多通道橋梁撓度監測系統控制CCD的多通道橋梁撓度 監測裝置實現橋梁撓度測點處的靶標圖像采集及橋梁撓度監測。6.根據權利要求5所述一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測方法，其特征在于：步驟 (6)中多通道圖像采集卡采用模擬采集卡或數字采集卡，接口類型為IEEE1394、千兆網卡 或USB接口。
【專利摘要】一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測系統及方法，本發明涉及橋梁撓度監測系統及方法。本發明是要解決現有技術操作不便、不適合長期監測、測量精度不高、成本較高、應用性不高、操作復雜以及工程實用性不強的問題而提出的一種基于CCD的多通道橋梁撓度監測系統及方法；該系統包括圖像采集模塊、撓度處理模塊、參數輸入模塊和操作按鈕模塊；基于CCD的橋梁撓度監測方法使用CCD相機采集橋梁測點處的靶標圖像，利用數字圖像相關方法(DIC)計算橋梁測點處的撓度值，并通過標尺標定轉換為實測撓度等步驟實現的。本發明應用于橋梁撓度監測領域。
【IPC分類】G01M5/00, G01C11/00
【公開號】CN105067208
【申請號】CN201510501305
【發明人】單寶華
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月14日