本實用新型涉及光學測量和幾何變形測量技術領域，尤其涉及一種基于數字圖像的三維成像技術的鋼結構局部幾何變形的測量系統。

背景技術：

局部幾何變形損傷是鋼結構的損傷的一種典型形式，包括梁、柱的翼緣板、腹板以及加勁肋、檁條、壓型鋼板等鋼結構主要構件以及各類連接件的變形損傷，具體的損傷形式包括板件翹曲、局部鼓包、扭轉等。鋼結構局部幾何變形損傷會對鋼結構的承載能力產生嚴重影響，變形檢測結果是既有鋼結構承載能力分析與鑒定的重要內容。

當前針對鋼結構局部幾何變形損傷主要是采用人工接近后進行手工測量的手段，主要的測量儀器包括游標卡尺、卷尺等。對于產生空間變形、變形形式復雜的部位，一般僅通過拍照、利用照片對變形進行定性描述。然而，現有技術中的上述測量手段很難對變形形態與變形量進行準確描述，測得的變形值難以還原、恢復至實際變形狀況；同時，對于高空中的鋼結構局部變形測量須利用高空作業開展，作業中存在一定安全隱患且高空測量的準確性值得商榷。

總而言之，雖然鋼結構局部變形測量在結構安全性鑒定中尤為重要，但目前的變形測量技術存在測量手段落后、技術水平低、測量難以還原與恢復到原始結構變形狀態、高空檢測存在安全隱患等諸多問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型提供了一種鋼結構局部幾何變形的測量系統，從而可以在保證操作人員安全的同時對鋼結構局部幾何變形自動進行準確的測量。

本實用新型的技術方案具體是這樣實現的：

一種鋼結構局部幾何變形的測量系統，該測量系統包括：變標定裝置、拍攝裝置和數字圖像處理裝置；

所述畸變標定裝置，用于對所述拍攝設備進行畸變標定；

所述拍攝裝置，用于按照預設軌跡對待檢測的鋼結構損傷處進行定焦距環繞拍攝，將拍攝得到的數字圖像發送給所述數字圖像處理裝置；

所述數字圖像處理裝置，用于對通過拍攝得到的數字圖像進行預處理；根據預處理后的數字圖像，進行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結構損傷處的三維模型；確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數，并根據所確定的比例系數對所述三維模型進行標定；根據標定后的三維模型對待檢測的鋼結構損傷處進行變形測量，確定結構變形量。

較佳的，所述拍攝裝置為：感光元件尺寸23.9x36mm及以上、分辨率1800萬像素及以上的相機。

較佳的，所述畸變標定裝置包括：棋盤格標定板和標定單元；

所述棋盤格標定板，用于對拍攝設備進行畸變測試；

所述標定單元，用于確定拍攝設備所需使用的焦段，并對于所確定的焦段，使用所述棋盤格標定板對拍攝設備進行畸變測試，采用基本標定算法，根據畸變測試結果對拍攝設備內參與鏡頭畸變系數進行標定。

較佳的，所述棋盤格標定板的精度為：+/-0.1毫米。

較佳的，所述數字圖像處理裝置包括：預處理單元、三維重建單元、模型標定單元和變形測量單元；

所述預處理單元，用于對通過拍攝得到的數字圖像進行預處理，將預處理后的數字圖像發送給所述三維重建單元；

所述三維重建單元，用于根據預處理后的數字圖像，進行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結構損傷處的三維模型；

所述模型標定單元，用于確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數，并根據所確定的比例系數對所述三維模型進行標定；

所述變形測量單元，用于根據標定后的三維模型對待檢測的鋼結構損傷處進行變形測量，確定結構變形量。

較佳的，所述預處理單元還包括：第一處理模塊和第二處理模塊；

所述第一處理模塊，用于檢測所述數字圖像的模糊程度，去除低于預設的數字圖像模糊指標的數字圖像；

所述第二處理模塊，用于去除未包含待檢測的鋼結構損傷處的數字圖像。

較佳的，所述模型標定單元還包括：測距單元和尺寸標定單元；

所述測距單元，用于測量拍攝設備的光心與待檢測的鋼結構損傷處中預設的多個關鍵點之間的距離；

所述尺寸標定單元，用于對于每個所獲取的距離數據，根據該距離數據以及拍攝得到的數字圖像中與該距離數據相對應的尺寸，計算得到相應的尺寸比例系數；對計算得到的所有尺寸比例系數取平均值，得到所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數。

較佳的，所述測距單元為激光測距儀。

由上述技術方案可見，在本實用新型的鋼結構局部幾何變形的測量系統中，由于首先對拍攝設備進行畸變標定，然后在測量現場使用所述拍攝設備按照預設軌跡對鋼結構變形局部(即待檢測的鋼結構損傷處)進行定焦距環繞拍攝，接著根據預處理后的數字圖像，進行局部模型三維重建，并根據所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數對所述三維模型進行標定，最后再根據標定后的三維模型對待檢測的鋼結構損傷處進行變形測量，確定結構變形量，從而可以在保證操作人員安全的同時對鋼結構局部幾何變形自動進行準確的測量。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中的鋼結構局部幾何變形的測量系統的結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例中對鋼結構損傷處進行環繞拍攝的示意圖。

圖3為本實用新型實施例中的棋盤格標定板的示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1是本實用新型實施例中的鋼結構局部幾何變形的測量系統的結構示意圖。如圖1所示，本實用新型實施例中的鋼結構局部幾何變形的測量系統包括：畸變標定裝置101、拍攝裝置102和數字圖像處理裝置103；

所述畸變標定裝置101，用于對所述拍攝設備進行畸變標定；

所述拍攝裝置102，用于按照預設軌跡對待檢測的鋼結構損傷處進行定焦距環繞拍攝，將拍攝得到的數字圖像發送給所述數字圖像處理裝置；

所述數字圖像處理裝置103，用于對通過拍攝得到的數字圖像進行預處理；根據預處理后的數字圖像，進行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結構損傷處的三維模型；確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數，并根據所確定的比例系數對所述三維模型進行標定；根據標定后的三維模型對待檢測的鋼結構損傷處進行變形測量，確定結構變形量。

較佳的，在本實用新型的一個具體實施例中，所述拍攝裝置可以是：感光元件尺寸約23.9x36mm及以上、分辨率1800萬像素及以上的相機；另外，所述拍攝裝置上還可以設置低畸變鏡頭，用于對待檢測的鋼結構損傷處進行定焦距拍攝。

另外，所述拍攝設備可以是在預設軌跡上對待檢測的鋼結構損傷處進行拍攝，從而使得所拍攝的圖像銳度較高，攝影光心之間的距離較大，所拍攝的圖像中盡可能包含更多不同視角。如圖2所示，在本實用新型的技術方案中，可以使用如圖2中所示的預設的環形軌跡對待檢測的鋼結構屋面梁進行環繞拍攝。此外，可以根據待檢測的鋼結構損傷處的局部形態的復雜程度確定所拍攝的圖像的數量，例如，可以規定最少需要拍攝10張高清圖像。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述畸變標定裝置可以包括：棋盤格標定板和標定單元；

圖3為本實用新型實施例中的棋盤格標定板的示意圖；所述棋盤格標定板，用于對拍攝設備進行畸變測試；

所述標定單元，用于確定拍攝設備所需使用的焦段，并對于所確定的焦段，使用所述棋盤格標定板對拍攝設備進行畸變測試，采用基本標定算法，根據畸變測試結果對拍攝設備內參與鏡頭畸變系數進行標定。

較佳的，在本實用新型的一個具體實施例中，所述棋盤格標定板的精度可以是：+/-0.1毫米(mm)。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述數字圖像處理裝置可以包括：預處理單元、三維重建單元、模型標定單元和變形測量單元；

所述預處理單元，用于對通過拍攝得到的數字圖像進行預處理，將預處理后的數字圖像發送給所述三維重建單元；

所述三維重建單元，用于根據預處理后的數字圖像，進行局部模型三維重建，得到待檢測的鋼結構損傷處的三維模型；

所述模型標定單元，用于確定所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數，并根據所確定的比例系數對所述三維模型進行標定；

所述變形測量單元，用于根據標定后的三維模型對待檢測的鋼結構損傷處進行變形測量，確定結構變形量。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述預處理單元還可以包括：第一處理模塊和第二處理模塊；

所述第一處理模塊，用于檢測所述數字圖像的模糊程度，去除低于預設的數字圖像模糊指標的數字圖像；

所述第二處理模塊，用于去除未包含待檢測的鋼結構損傷處的數字圖像。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述模型標定單元還可以包括：測距單元和尺寸標定單元；

所述測距單元，用于測量拍攝設備的光心與待檢測的鋼結構損傷處中預設的多個關鍵點之間的距離；

所述尺寸標定單元，用于對于每個所獲取的距離數據，根據該距離數據以及拍攝得到的數字圖像中與該距離數據相對應的尺寸，計算得到相應的尺寸比例系數；對計算得到的所有尺寸比例系數取平均值，得到所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數。

較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述測距單元可以是：激光測距儀。

綜上所述，在本實用新型的鋼結構局部幾何變形的測量系統中，由于首先對拍攝設備進行畸變標定，然后在測量現場使用所述拍攝設備按照預設軌跡對鋼結構變形局部(即待檢測的鋼結構損傷處)進行定焦距環繞拍攝，接著根據預處理后的數字圖像，進行局部模型三維重建，并根據所述三維模型的尺寸與實際尺寸之間的比例系數對所述三維模型進行標定，最后再根據標定后的三維模型對待檢測的鋼結構損傷處進行變形測量，確定結構變形量，因而可以實現對結構局部的三維成像，在此基礎上進行結構變形的準確測量，從而可以在保證操作人員安全的同時對鋼結構局部幾何變形自動進行準確的測量。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的范圍之內。