[发明专利]基于激光光斑成像技术的三向位移量测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三向位移量测方法，尤其是一种基于激光光斑成像技术的三向位移量测方法。适用于两测试点间的单向、双向及三向位移变化量测，以及结构裂缝的多向位移变化量测。

背景技术

目前，高精度的变形变化一般采用水准仪、全站仪、激光测距仪、裂缝计、电子水平尺等仪器或传感器进行量测，且大多采用人工量测手段。这些仪器设备成本高、工作效率较低、自动化程度低，人为影响因素较多，量测误差较大，且无法实现在线监测以及自动预警。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种高精度、易联网、操作便捷、成本较低并且可实现三向位移同步量测的基于激光光斑成像技术的三向位移量测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于激光光斑成像技术的三向位移量测方法，其特征在于：包括两组激光发射器，以及一激光光斑成像系统，所述激光光斑成像系统包括成像靶面、成像透镜、成像光电器件和信号处理单元；

步骤如下：

1.1、将两组激光发射器安装于参考点O，将激光光斑成像系统安装在测点所在位置Ⅰ；

1.2、用激光发射器向测点所在位置Ⅰ的成像靶面发射光束，用成像透镜将光束聚焦成光斑像，并用成像光电器件接收该光斑像，信号处理单元通过图形处理算法找出两个光斑的中心点相对于成像系统的坐标位置，作为初始值；

1.3、将激光光斑成像系统随测点移动到位置Ⅱ，用激光发射器向测点的成像靶面发射光束，用成像透镜将光束聚焦成光斑像，并用成像光电器件接收该光斑像，信号处理单元通过图形处理算法找出两个光斑的中心点相对于成像系统的坐标位置，作为测试值；

1.4、将两个光斑像的坐标位置测试值与两个光斑像的坐标位置初始值进行比较，计算出两个光斑像的水平位移和竖向位移；

1.5、根据两个光斑像的水平位移和竖向位移，根据几何关系，得出测点所在位置Ⅱ相对于位置Ⅰ的三向位移测量结果；

两组激光发射器中一组发射与水平向成α角的激光束OA，另一组发射与水平向成β角的激光束OB，且0°≤α＜β＜90°，OA和OB激光束的激光斑点在成像靶面的中心位置分别为A点和B点；成像靶面与水平面有一定的夹角γ，其中γ的范围为：0°＜γ≤90°。

所述成像光电器件为CCD或CMOS光电转换器件。

所述信号处理单元采用FPGA芯片处理图像信息，通过图形处理算法确认光斑中心相对于成像系统的坐标位置，所述的成像系统的坐标位移采用成像靶面的局部坐标系统；

所述的图形处理算法包括斑点坐标平均法、斑点分布椭圆形拟合法和斑点包络矩形法。

所述斑点坐标平均法，为给定一个光斑像素阈值，对椭圆形内的每一个像素，求得横纵坐标的平均值：

x0=Σi=1nxiny0=Σi=1nyin.]]>

所述斑点分布椭圆形拟合法，为在对光斑边缘信息获取的基础上，再经拟合计算便可得到光斑椭圆及光斑中心的亚像素位置坐标，基于椭圆拟合的激光光斑中心检测算法是根据最小二乘原理用椭圆来逼近激光光斑轮廓，椭圆方程的一般方程为：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+l＝0

其残差平方和函数为：