一种基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统

1.本实用新型涉及地质滑坡监测技术领域，具体涉及一种基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统。


背景技术：

2.滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。滑坡具有很强的破坏力，常常给生态环境、国家建设和人民的生命财产造成严重损失。对滑坡进行动态监测，实现滑坡危害的早期预报，可以极大限度的达到防灾减灾的目的。
3.滑坡动态监测的内容包括地表位移监测、地下变形监测、地下水动态监测等，根据不同的监测内容有着不尽相同的监测方法。现有的地表位移监测中，通常采用大地测量法、gps观测、遥感卫星、三维激光扫描仪、滑坡变形观测仪等。
4.但本技术的发明人经过研究发现，现有滑坡动态监测手段普遍存在成本高昂、技术需求高或效率低下、应用条件苛刻、精确度不高等问题。因此，亟需一种兼顾可靠性、适用性、可操作性且成本低廉、自动化程度高的高精度监测系统来进行滑坡动态监测。


技术实现要素：

5.针对现有滑坡动态监测手段普遍存在成本高昂、技术需求高或效率低下、应用条件苛刻、精确度不高的技术问题，本实用新型提供一种基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统，该系统能实现更高精度的滑坡灾害检测。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
7.一种基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统，包括发射装置、成像装置、收集装置和数据处理装置，所述发射装置固定在监测点外的稳定区域上并用于发射激光光束，所述成像装置固定在滑坡区域选定的监测点处用于接收激光光束并形成激光光斑图像，所述收集装置固定在滑坡区域选定的监测点处用于对成像装置上的激光光斑图像进行实时动态采集并传输至数据处理装置，所述数据处理装置用于对接收的激光光斑图像进行分析处理得出监测点的滑坡位移量。
8.与现有技术相比，本实用新型提供的基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统，通过发射装置将激光光束发射到成像装置上形成激光光斑图像，收集装置对成像装置上的激光光斑图像进行实时采集，当监测点发生移动，则成像装置上的激光光斑会随监测点产生相应的位移，以反应滑坡体真实位移，最后激光光斑图像经由数据处理装置分析处理后得出监测点的实际滑坡位移量。本系统具有适用性强、构成简单、成本低廉、安装便捷及自动化程序高的优点，可用于不同工况下滑坡体位移的高精度自动化监测，由于融入了图像技术的像素级别处理来进行运动目标的动态检测，因而提升了激光光斑的监测效率，其监测精度可达亚毫米级，能够反应出真实监测点滑坡位移。
9.进一步，所述发射装置为激光发射器。
10.进一步，所述成像装置为由黑色哑光材质制成的成像板，所述成像板的屏幕上设有网格。
11.进一步，所述收集装置为相机。
附图说明
12.图1是本实用新型提供的基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统结构示意图。
13.图中，1、发射装置；2、成像装置；3、收集装置；4、数据处理装置。
具体实施方式
14.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
15.请参考图1所示，本实用新型提供一种基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统，包括发射装置1、成像装置2、收集装置3和数据处理装置4；其中，
16.所述发射装置1固定在监测点外的稳定区域上并用于发射激光光束，所述发射装置1的固定位置即为基准点，所述发射装置1固定在不受滑坡影响的稳定的其准点上；作为具体实施方式，所述发射装置1为激光发射器，即所述发射装置1选用现有的激光发射器来实现；
17.所述成像装置2固定在滑坡区域选定的监测点处用于接收激光光束并形成激光光斑图像，作为具体实施方式，所述成像装置2为由黑色哑光材质制成的成像板，所述成像板的屏幕上设有网格，即所述成像装置2选用现有的成像板来实现，成像板由黑色哑光材质制成用于减少反光，而成像板的屏幕上设有网格用于输助分析激光光斑坐标；工作时，所述成像板接收激光光束形成激光光斑图像，并由屏幕上的网格辅助观测，监测点产生位移，则投射到屏幕上的激光光斑移动相应位置，以此反应滑坡体真实位移；
18.所述收集装置3固定在滑坡区域选定的监测点处用于对成像装置2上的激光光斑图像进行实时动态采集并传输至数据处理装置4，作为具体实施方式，所述收集装置3选用现有的相机来实现，通过相机的摄像头对成像装置2上的光斑图像进行实时动态采集，并将采集的图像数据传输至数据处理装置4；
19.所述数据处理装置4用于对接收的激光光斑图像进行分析处理得出监测点的滑坡位移量，具体所述数据处理装置4对激光光斑图像进行分析处理顺序包括以下流程模块：灰度化与二值化、降噪滤波、畸变校正、帧差法分级搜索、阈值分割光斑提取、光斑中心坐标计算和空间关系转换，最终输出滑坡体监测点的实际位移量，每个流程模块的具体处理方法为本领域技术人员熟知的现有技术；其中，所述灰度化与二值化用于将激光光斑图像转化为黑白的二值化图像，从而有利于对图像进行处理判别，也有利于后续利用阈值选取技术来分割图像；所述降噪滤波用于减少与图像信号不相干的噪声，得到高质量的目标图像；所述畸变校正采用控制点法提取畸变图像和未畸变图像的各4个顶点坐标建立对应的映射关系，计算出畸变校正系数，重新求解建立未畸变图像；所述帧差法分级搜索采用帧间差分法对光斑所在区域进行粗定位，而采用帧间差分法快速搜索光斑所在的区域，可以提升光斑
检测的效率；所述阈值分割光斑提取运用基于灰度统计分布的自适应阈值法分割来进行光斑提取；由于在实际工程的滑坡监测中，在设备部分安装、调试完毕后，光斑形状就大致确定下来，不会再轻易改变，因此所述光斑中心坐标计算采用光斑质心法计算坐标位置，利于快速精准确定光斑中心坐标；一段时间内像素坐标系下的光斑位移变化值，由该时间段不同时间记录节点的光斑位置坐标的差值所得到，并用实际距离和像素距离的关系获得转换参数，因此在进行所述空间关系转换时采用转换参数作为度量，来进行图像坐标系与物方坐标系的转换，进而计算出检测对象的真实位移值。
20.与现有技术相比，本实用新型提供的基于图像处理的激光光斑滑坡位移监测系统，通过发射装置将激光光束发射到成像装置上形成激光光斑图像，收集装置对成像装置上的激光光斑图像进行实时采集，当监测点发生移动，则成像装置上的激光光斑会随监测点产生相应的位移，以反应滑坡体真实位移，最后激光光斑图像经由数据处理装置分析处理后得出监测点的实际滑坡位移量。本系统具有适用性强、构成简单、成本低廉、安装便捷及自动化程序高的优点，可用于不同工况下滑坡体位移的高精度自动化监测，由于融入了图像技术的像素级别处理来进行运动目标的动态检测，因而提升了激光光斑的监测效率，其监测精度可达亚毫米级，能够反应出真实监测点滑坡位移。
21.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。