錢程，蔣明

（蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇　蘇州　215011）

基于機(jī)器視覺的無線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢程，蔣明

（蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇蘇州215011）

針對(duì)工程中對(duì)遠(yuǎn)程、長期、實(shí)時(shí)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)的需要，設(shè)計(jì)了一套基于機(jī)器視覺的無線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在OpenWrt平臺(tái)上，根據(jù)無線路由器映射原理、Web服務(wù)器訪問原理以及MJPG-streamer的工作原理進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)端的實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程無線傳輸；在LabVIEW平臺(tái)上，結(jié)合MATLAB的函數(shù)功能，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)登錄、圖像預(yù)覽、區(qū)域選擇、循環(huán)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)報(bào)警等模塊；計(jì)算模塊根據(jù)圖像相關(guān)法、圖像處理技術(shù)等算法進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全場應(yīng)變、裂縫寬度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，并針對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)中環(huán)境振動(dòng)與變焦距的影響，提出了標(biāo)定修正公式。文中給出了監(jiān)測(cè)鋁板全場應(yīng)變與混凝土塊裂縫這兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

機(jī)器視覺；無線自動(dòng)監(jiān)測(cè)；OpenWrt；LabVIEW；MATLAB

機(jī)器視覺近似于人眼視覺系統(tǒng)，可直接獲得物體的空間位置，而且結(jié)構(gòu)簡單、便于使用，因而被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)力學(xué)、材料力學(xué)、工業(yè)檢測(cè)等諸多領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)方面［1］。其中，Bales［2］將機(jī)器視覺方法運(yùn)用到了三跨連續(xù)鋼橋的位移測(cè)量中；加拿大的Michel K.等［3］將數(shù)字圖像相關(guān)方法的位移場測(cè)量技術(shù)運(yùn)用到鋼筋混凝土梁的剪切裂縫研究中；清華大學(xué)陳俊達(dá)等［4］采用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)對(duì)橋梁連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全場變形測(cè)量，分析得到應(yīng)力集中位置；張維峰等人［5］綜合圖像處理技術(shù)，采用Visual C++開發(fā)環(huán)境，研制出了一套適用于橋梁裂縫遠(yuǎn)距離檢測(cè)的裂縫圖像識(shí)別軟件。

機(jī)器視覺作為監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)新的方向，具有全場、非接觸、高精度的優(yōu)點(diǎn)，越來越廣泛應(yīng)用于實(shí)際監(jiān)測(cè)中，但在實(shí)際的監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，機(jī)器視覺的監(jiān)測(cè)方法還沒有形成一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用比較單一，自動(dòng)化程度、實(shí)時(shí)性、長期性、簡易性還有待提高，尤其在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用還不夠完善。由于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)大多采用有線連接，所以存在線路布設(shè)繁雜、接線麻煩、安裝代價(jià)大、后期維護(hù)耗費(fèi)大、傳輸距離有限等問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊技術(shù)的發(fā)展，將機(jī)器視覺技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、無線通訊技術(shù)、基于TCP/IP的Internet技術(shù)結(jié)合應(yīng)用成為了可能，從而為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的提高提供了方案。2000年，AXIS制造了以Linux為平臺(tái)的無線攝像機(jī)，這種無線攝像機(jī)主要采用無線技術(shù)和嵌入式操作系統(tǒng)。現(xiàn)在越來越多的無線模塊已被嵌入到網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)里，使無線控制與傳輸成為了可能［6-8］。2009年，華南理工大學(xué)將視頻服務(wù)器用于無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無人機(jī)飛行的控制［9］；2010年，西南交通大學(xué)開發(fā)出了基于嵌入式的運(yùn)動(dòng)物體自動(dòng)跟蹤視頻監(jiān)控系統(tǒng)［10］。

該文結(jié)合機(jī)器視覺、無線傳輸技術(shù)以及軟件編程，設(shè)計(jì)了一套基于機(jī)器視覺的無線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在監(jiān)測(cè)端構(gòu)建了遠(yuǎn)程無線采集系統(tǒng)，在監(jiān)控端構(gòu)建了系統(tǒng)登錄、圖像預(yù)覽、區(qū)域選擇、循環(huán)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)報(bào)警等模塊，并在計(jì)算模塊構(gòu)建了圖像處理的算法程序，最終實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無線、自動(dòng)、實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)報(bào)警等功能。

1　基于OpenWrt的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端設(shè)計(jì)

1.1監(jiān)測(cè)端的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，硬件系統(tǒng)的主要功能是能量供給、圖像采集以及為軟件開發(fā)提供平臺(tái)。硬件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖見圖1，它由以下幾部分組成:監(jiān)測(cè)攝像機(jī)，接口類型為USB2.0；TP-Link703N無線路由器，該路由器升級(jí)了內(nèi)存和flash，為軟件開發(fā)提供平臺(tái)，控制圖像采集與無線傳輸；移動(dòng)電源，輸出規(guī)格為5V/2A，直接為路由器供電，并儲(chǔ)存電量，而為移動(dòng)電源充電的為太陽能電池，該電池帶USB充電頭，電性參數(shù)為5V/1 100mA。監(jiān)測(cè)端由無線路由器控制攝像機(jī)采集目標(biāo)圖片，并以無線的方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

圖1　監(jiān)測(cè)端硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1.2監(jiān)測(cè)端的軟件設(shè)計(jì)

OpenWrt是一個(gè)嵌入式的Linux系統(tǒng)，該系統(tǒng)可寫入文件，其內(nèi)部包含了從工具鏈到內(nèi)核，到軟件包，再到根文件系統(tǒng)的整個(gè)體系，可定制合適的應(yīng)用軟件，并建立一個(gè)完整的嵌入式產(chǎn)品。

圖2為監(jiān)測(cè)端的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，監(jiān)測(cè)端是以O(shè)penWrt系統(tǒng)為軟件開發(fā)平臺(tái)。首先設(shè)置OpenWrt的端口映射，將無線路由器映射到OpenWrt，再映射到192.168.1.1的8080端口上，則遠(yuǎn)端對(duì)該廣域網(wǎng)服務(wù)端口的訪問將會(huì)被重新定位給通過IP地址指定的局域網(wǎng)服務(wù)器，即由8080端口轉(zhuǎn)接到192.168.1.1，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)與采集裝置的連接，然后客戶端通過HTTP協(xié)議向OpenW rt中的Web服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求信息，如mjpg_streamer-i"input_uvc.so-d/dev/video0"-o"output_http.so-p 8080-w/www/camwww"，服務(wù)器則調(diào)用相應(yīng)的CGI程序來處理信息并啟動(dòng)視頻服務(wù)器軟件MJPG-streamer，MJPG-streamer以功能塊為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，而功能塊也被稱為組件，其中由輸入組件input_uvc中的input_uvc_so文件定義的函數(shù)調(diào)用攝像機(jī)采集圖片，并將圖片轉(zhuǎn)換和壓縮成JPEG格式圖像，然后由輸出組件output_http中的output_http.so文件定義的函數(shù)將壓縮后JPEG格式圖像以HTTP視頻數(shù)據(jù)服務(wù)流形式輸出，即http://IP:8080/？action=stream，傳送至遠(yuǎn)端的瀏覽器中。

圖2　監(jiān)測(cè)端軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2　基于LabVIEW的系統(tǒng)監(jiān)控端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1監(jiān)控端的總體設(shè)計(jì)

圖3為監(jiān)控端的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，監(jiān)控端是以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái)，調(diào)用系統(tǒng)的硬件與軟件進(jìn)行工作。LabVIEW利用IPCamera Adapter軟件與監(jiān)測(cè)端進(jìn)行通信，將遠(yuǎn)端的視頻流轉(zhuǎn)換為可調(diào)用的本地圖像，利用MATLAB Script節(jié)點(diǎn)調(diào)用MATLAB算法，實(shí)現(xiàn)圖像計(jì)算與數(shù)據(jù)可視化，并結(jié)合自身函數(shù)功能對(duì)系統(tǒng)各模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。監(jiān)控端按運(yùn)行的先后順序分為登錄模塊、監(jiān)測(cè)前的預(yù)覽模塊、監(jiān)測(cè)過程中的循環(huán)模塊。其中登陸模塊包含了系統(tǒng)登錄與監(jiān)測(cè)方向選擇；監(jiān)測(cè)前的預(yù)覽模塊里包含了圖像預(yù)覽與區(qū)域選擇；監(jiān)測(cè)過程中的循環(huán)模塊是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正式工作部分，主要分為圖像循環(huán)采集、圖像實(shí)時(shí)計(jì)算與結(jié)果可視化、系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)界面見圖4。

圖3　監(jiān)控端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖4　監(jiān)控界面

2.2監(jiān)控端登錄模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的登錄界面見圖5，登陸模塊的設(shè)計(jì)是在大循環(huán)中嵌套一個(gè)事件結(jié)構(gòu)，該事件結(jié)構(gòu)的值改變量與登錄鍵相連，當(dāng)輸入好信息后，按下登錄鍵則事件被觸發(fā)，該模塊開始循環(huán)運(yùn)行，用戶名與密碼先后通過字符串比較語句進(jìn)行比較驗(yàn)證，驗(yàn)證后該程序正式激活，否則一直循環(huán)。另外本系統(tǒng)針對(duì)多個(gè)方向的監(jiān)測(cè)，因此包含了多個(gè)子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)是根據(jù)LabVIEW動(dòng)態(tài)調(diào)用子程序功能來實(shí)現(xiàn)的，在登錄界面可通過下拉菜單進(jìn)行選擇調(diào)用。

圖5　登陸界面

2.3監(jiān)測(cè)前的預(yù)覽模塊設(shè)計(jì)

LabVIEW控制相機(jī)拍照并在前面板中顯示是利用NI-IMAQdx函數(shù)庫中各個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。首先利用函數(shù)IMAQdx Open Camera來調(diào)用相機(jī)，然后由函數(shù)IMAQ Create為圖像采集創(chuàng)建圖像緩沖區(qū)，函數(shù)IMAQdx Configure Grab配置抓取屬性，最后函數(shù)IMAQdx Grab利用while循環(huán)結(jié)構(gòu)從緩沖區(qū)循環(huán)抓取單張圖像，停止循環(huán)結(jié)構(gòu)則結(jié)束預(yù)覽，并由函數(shù)IMAQdx Close Camera關(guān)閉相機(jī)。其中圖片顯示是利用Image Display從函數(shù)IMAQdx Grab的ImageOut處獲得該循環(huán)抓取的單張圖像，IMAQWrite File2函數(shù)同樣從該處獲取圖片，然后利用預(yù)設(shè)路徑以及連接字符串函數(shù)將名字字符串與格式字符串合并，實(shí)現(xiàn)對(duì)照片的保存與命名。手動(dòng)選擇計(jì)算區(qū)域由MATLAB編程實(shí)現(xiàn)，利用函數(shù)imrect可選擇框圖區(qū)域，并由getPosition獲得區(qū)域坐標(biāo)；利用函數(shù)ginput可雙擊鼠標(biāo)選擇計(jì)算的特征點(diǎn)，并由函數(shù)floor獲得特征點(diǎn)坐標(biāo)。

2.4監(jiān)測(cè)過程中的循環(huán)模塊

監(jiān)測(cè)過程為定時(shí)循環(huán)，該過程由while循環(huán)結(jié)構(gòu)與時(shí)間函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。在采集模塊，遠(yuǎn)程相機(jī)被調(diào)用需要一定的緩沖時(shí)間，所以在采集模塊使用一個(gè)For循環(huán)結(jié)構(gòu)，使采集結(jié)構(gòu)中的IMAQdx Grab循環(huán)指定次數(shù)后再抓取圖片，避免抓取到不穩(wěn)定的花屏圖像；另外該模塊將循環(huán)次數(shù)轉(zhuǎn)換成字符串并與圖片格式字符串相結(jié)合實(shí)現(xiàn)圖片的自動(dòng)命名，其他編程與預(yù)覽采集圖片一樣。在計(jì)算模塊與數(shù)據(jù)可視化模塊，根據(jù)監(jiān)測(cè)方向不同分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于全場應(yīng)變監(jiān)測(cè)，根據(jù)圖像相關(guān)法原理使用MATLAB進(jìn)行編程，得到的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存，并以循環(huán)次數(shù)命名，同時(shí)使用MATLAB繪出全場應(yīng)變?cè)茍D，特征點(diǎn)數(shù)據(jù)依據(jù)循環(huán)次數(shù)依次保存到預(yù)定數(shù)組，并利用LabVIEW圖表函數(shù)在前面板顯示；對(duì)于裂縫監(jiān)測(cè)，使用MATLAB編程計(jì)算，并在LabVIEW前面板中顯示裂縫二值圖與裂縫寬度隨時(shí)間變化曲線。在報(bào)警模塊，該模塊使用了一個(gè)條件結(jié)構(gòu)，條件結(jié)構(gòu)為真時(shí)通過SMTPEmail發(fā)送郵件，并與聲音及布爾燈函數(shù)形成比較結(jié)構(gòu)，大于危險(xiǎn)值時(shí)布爾燈亮并且發(fā)出報(bào)警聲；條件結(jié)構(gòu)為假時(shí)該循環(huán)工作結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)監(jiān)測(cè)。監(jiān)控端的程序框圖見圖6。

圖6　程序框圖

3　消除環(huán)境振動(dòng)與變焦距的實(shí)時(shí)標(biāo)定

圖7　標(biāo)定與坐標(biāo)換算過程

相機(jī)采集的圖片以像素為單位，需要根據(jù)標(biāo)定換算為實(shí)際尺寸，另外由于相機(jī)變焦距和環(huán)境振動(dòng)的影響，前后兩幅圖的標(biāo)定和坐標(biāo)會(huì)產(chǎn)生差異，所以本文提出了消除影響的修正公式。在監(jiān)測(cè)中從固定處向目標(biāo)發(fā)射兩道平行激光，以激光斑點(diǎn)為參照物，如圖7所示，A、B為參考點(diǎn)，C為目標(biāo)點(diǎn)，圖M為運(yùn)動(dòng)前的圖片，以圖M中的0點(diǎn)為參考原始點(diǎn)，A0與B0的實(shí)際距離為已知，由實(shí)際距離與像素距離比值獲得標(biāo)定比例b0，然后可獲得各點(diǎn)相對(duì)于0點(diǎn)的實(shí)際距離坐標(biāo)，見式（1）；圖N為目標(biāo)移動(dòng)后發(fā)生變焦距的圖片，圖N相對(duì)于圖M以一定的比例進(jìn)行縮放，按上述方法可獲得各點(diǎn)相對(duì)于1點(diǎn)的實(shí)際距離坐標(biāo)，另外參考點(diǎn)0與參考點(diǎn)1之間實(shí)際距離為兩幅圖片所對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸差值的一半，即縮放位移，見式（2）；圖P為相機(jī)發(fā)生變焦距和剛體位移后的圖片，A1相對(duì)0點(diǎn)的實(shí)際距離并未改變，根據(jù)b1和A1在圖P中的像素坐標(biāo)，可獲得A1相對(duì)于點(diǎn)10的實(shí)際距離，再根據(jù)點(diǎn)1相對(duì)于點(diǎn)0的縮放距離、A1相對(duì)于點(diǎn)0的實(shí)際距離可獲得點(diǎn)10與點(diǎn)1之間的剛體位移。根據(jù)縮放位移、剛體位移、C1在圖P中的像素坐標(biāo)以及尺寸標(biāo)定比例即可獲得在變焦距和環(huán)境振動(dòng)下C點(diǎn)相對(duì)原始參考點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，見式（3）。

式中，b為尺寸比標(biāo)定比例；L實(shí)為激光斑點(diǎn)的實(shí)際距離；x、y為圖片中的像素坐標(biāo)；X、Y為目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于原始參考點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)；L、H為圖片的像素尺寸；us、vs為縮放位移；ug、vg為攝像頭的剛體位移。

4　全場應(yīng)變監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)應(yīng)用于全場應(yīng)變監(jiān)測(cè)時(shí)，在登錄界面選中全場應(yīng)變監(jiān)測(cè)方向進(jìn)行登錄，見圖8。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用全場應(yīng)變的子程序，該子程序是在計(jì)算模塊中嵌入了圖像相關(guān)算法，該算法由MATLAB編程實(shí)現(xiàn)。

4.1圖像相關(guān)法原理及精度分析

數(shù)字圖像相關(guān)方法是根據(jù)物體表面散斑圖像在變形前后的相關(guān)性來確定物體變形信息的一種非接觸測(cè)量方法［11］。假設(shè)圖像變形前后的灰度場分別為f（i，j）和g（i，j），將變形后圖像中待配區(qū)域沿圖像坐標(biāo)逐點(diǎn)平移，計(jì)算變形前的子區(qū)域與變形后所有待配區(qū)域的相關(guān)系數(shù)，其中相關(guān)系數(shù)最大處的坐標(biāo)表示圖像位移的方向和大?。?2］，其中相關(guān)函數(shù)為

圖像相關(guān)法的計(jì)算精度主要受環(huán)境因素與算法因素影響。環(huán)境因素中，散斑尺寸大小、數(shù)目以及分布密度影響物體特征的識(shí)別，光源的強(qiáng)弱影響圖片灰度分布，相機(jī)的擺放位置影響標(biāo)定精度；算法因素中，亞像素插值函數(shù)、相關(guān)函數(shù)以及子區(qū)域的大小影響相關(guān)計(jì)算的精度，差分計(jì)算的方法影響應(yīng)變的精度。該系統(tǒng)實(shí)際操作時(shí)盡量減小環(huán)境影響，并且亞像素插值采用三次樣條插值，應(yīng)變差分采用最小二乘擬合的方法，位移計(jì)算精度可達(dá)到0.01像素，應(yīng)變測(cè)量精度大約在100με左右。

4.2全場應(yīng)變監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

在拉伸機(jī)上對(duì)鋁板進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，使用文中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)過程中的全場變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中試件材質(zhì)為A16061T6鋁板，厚度為3mm，寬度為12.5mm，長度為45mm，試驗(yàn)的加載速度為1.2 mm/min，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集速度為10 s/幅。加載前的圖像預(yù)覽與計(jì)算區(qū)域選擇見圖9。

圖8　全場應(yīng)變監(jiān)測(cè)啟動(dòng)界面

圖9　選擇計(jì)算區(qū)域

圖10為監(jiān)測(cè)過程中監(jiān)控端的結(jié)果可視化圖，可視化圖中包含了鋁板拉伸過程的實(shí)時(shí)圖片、鋁板沿y軸方向的全場應(yīng)變圖、特征點(diǎn)應(yīng)變隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。當(dāng)鋁板最大變形值超過預(yù)設(shè)閾值，報(bào)警燈亮，發(fā)出警報(bào)聲，并將全場應(yīng)變數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的郵箱。

圖10　監(jiān)測(cè)過程

5　裂縫寬度監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)應(yīng)用于裂縫監(jiān)測(cè)時(shí)，在登錄界面選中裂縫監(jiān)測(cè)方向進(jìn)行登錄，見圖11。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用裂縫的子程序，該子程序是在計(jì)算模塊中嵌入了裂縫圖像識(shí)別算法，該算法由MATLAB編程實(shí)現(xiàn)。

5.1裂縫圖像識(shí)別原理及精度分析

圖像中裂縫的識(shí)別是基于裂縫灰度小于背景灰度，將裂縫與背景分割開，提取裂縫信息的。其中由灰度對(duì)數(shù)拉伸與中值濾波對(duì)裂縫圖像進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)最大類間方差法設(shè)定灰度閥值，將裂縫從圖像背景中提取出來，再將提取出的裂縫細(xì)化成只有一個(gè)像素寬的線條，線條的像素個(gè)數(shù)即為長度L，裂縫區(qū)域內(nèi)的像素個(gè)數(shù)為面積S，裂縫寬度即為d=S/L［14］。

裂縫的計(jì)算精度主要受環(huán)境因素與算法因素的影響。環(huán)境因素中，裂縫邊緣的污跡等會(huì)對(duì)裂縫的識(shí)別產(chǎn)生干擾，光源與相機(jī)的影響與應(yīng)變計(jì)算同理；算法因素中，灰度變換與濾波的優(yōu)劣決定排除干擾的程度，閾值分割算法直接影響裂縫提取的精度，圖像細(xì)化的精度決定裂縫長度的精度。該系統(tǒng)采用灰度拉伸、中值濾波、最大類間方差法等，精度可達(dá)0.2mm。

5.2裂縫監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

在拉伸機(jī)上對(duì)一塊帶裂縫的混凝土塊進(jìn)行加載試驗(yàn)，使用文中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)裂縫的擴(kuò)展過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中混凝土塊的長寬為55mm，厚度為30mm，試驗(yàn)加載速度為0.5mm/min，系統(tǒng)采集速度為10 s/幅。加載前的圖像預(yù)覽與計(jì)算區(qū)域選擇見圖12。

圖12　選擇計(jì)算區(qū)域

圖13為監(jiān)測(cè)過程中監(jiān)測(cè)端的實(shí)時(shí)監(jiān)控狀況，包括混凝土裂縫擴(kuò)展的實(shí)時(shí)照片、裂縫與背景分割后的二值化圖形、裂縫寬度隨監(jiān)測(cè)時(shí)間變化的關(guān)系曲線。當(dāng)裂縫寬度達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)，報(bào)警燈亮，發(fā)出警報(bào)聲，并將裂縫的數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的郵箱。

圖13　監(jiān)測(cè)過程

6　結(jié)語

該文在遠(yuǎn)端對(duì)硬件與軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)端的實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程無線傳輸；在LABVIEW平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，調(diào)用了系統(tǒng)的硬件與軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)登錄、圖像預(yù)覽、區(qū)域選擇、循環(huán)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)報(bào)警等模塊的設(shè)計(jì)；計(jì)算模塊利用消除環(huán)境振動(dòng)與變焦距的修正標(biāo)定公式、圖像相關(guān)法以及圖像處理技術(shù)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像中變形數(shù)據(jù)的提取，并以鋁板拉伸試驗(yàn)與混凝土壓縮試驗(yàn)為例，表明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程無線傳輸、監(jiān)測(cè)結(jié)果可視化、自動(dòng)報(bào)警等功能，為遠(yuǎn)距離全場應(yīng)變、裂縫寬度等參數(shù)的獲取提供有效的監(jiān)測(cè)方法。

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The design of the wireless and automaticmonitoring system based on robot vision

QIAN Cheng，JIANGMing
（School of Civil Engineering，SUST，Suzhou 215011，China）

As to the need of the remote，long-term，real-time，automaticmonitoring system in the project，the paper designs a wireless and automatic monitoring system based on themachine vision.The programming design is made according to the wireless routermapping principle，the server access principle and the working principles of the MJPG-streamer，which helps realize the real-time collection and the remote wireless transmission at the monitoring terminal on the platform of OPENWRT.The modules such as system login，image preview，regional selection，cycle collection，real-time computation and data visualization，automatic alarm，etc.are designed by combining the functionality of MATLAB on the platform of LABVIEW.The calculation module carries out the programming according to the image correlation method and image processing technology，and implements the monitoring of parameters in full strain and crack width.Based on the effects of the ambient vibration and zooms in the practical monitoring，the correction formula is proposed.Two application examples of full strain of the monitoring aluminum plate and the crack width of the concrete block are also given in this paper.

machine vision；wireless and automaticmonitoring；OpenWrt；LabVIEW；MATLAB

TU198

A

1672-0679（2016）03-0028-07

2016-04-25

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11172193）

錢程（1990-），男，安徽蕪湖人，碩士研究生。

通信聯(lián)系人:蔣明（1961-），女，教授，博士，主要從事結(jié)構(gòu)工程與光測(cè)力學(xué)的研究，Email:jiangming@mail.usts.edu.cn。

（責(zé)任編輯:經(jīng)朝明）