在交通建设如日中天的发展中,无论是铁路穿山辟岭,还是城市轨道交通贯通全城,都需要隧道建设作为基础支撑。隧道具有改善道路线型、提高土地利用效率等优势而被大范围应用。与此同时,在隧道建设和运维中因隧道形变导致的坍塌事故越来越多,故隧道形变监测工作至关重要。现有非接触性装置能够进行形变监测,但在时效性、鲁棒性等方面存在局限性。本文以视觉为切入点,以Lab VIEW及其视觉工具包为平台,研究一种隧道围岩形变量测装置,兼具时效强、精度高、易操作、可大范围推广等优势。首先将激光发射器固定于隧道围岩形变待测点,使激光发射器发出的激光光束在彩色网格标靶上形成清晰光斑,固定标靶于不变位置。相机平行正对彩色网格标靶,获取图像数据。若待测点发生形变则激光发射器发出的激光光斑在彩色网格标靶上将发生相同方向的位移。其中,彩色网格标靶是由蓝色(25 mm×25 mm)和红色(5 mm×5 mm)精密刻度网格线组成(参照图2-2)。采集含有光斑的彩色网格标靶的图像数据后,先对光斑进行区域定位即定位光斑所在最小单位蓝色网格区域,再对光斑进行精确定位,最后通过像素坐标与物方坐标的转换,得到光斑定位结果。隧道围岩形变量测系统软件算法主要包括:(1)最大色彩阈值分割法,应用于彩色网格标靶中不同颜色网格线分割。若提取蓝色网格线则将红色分量大的点先替换为白色,减少干扰,再遍历整幅图像,分割出蓝色分量大于其他各颜色分量的点,提取红色网格线同理。(2)直线检测,在上述颜色分割基础上,通过直边检测获取水平及竖直网格线首尾像素坐标,进而获取网格十字交叉点的像素坐标,是网格空间重建的基础。(3)阈值分割及质心法,采用全局自动阈值分割光斑区域,运用质心法提取光斑质心像素坐标,即光斑的绝对像素坐标。在区域定位后,截取区域定位图像中需要重新定位光斑质心像素坐标,即光斑的相对像素坐标。(4)最近邻法,使用欧式距离判断找出距离光斑质心点最近的红色十字交叉点完成精确定位。通过测试结果表明基于的视觉隧道围岩形变量测系统平均精度达到0.107mm,满足隧道围岩形变监测基本需要,具有一定的鲁棒性,满足《城市轨道交通工程测量规范》(GB/T 50308-2017)中水平形变位移±3 mm和垂直形变位移±0.5 mm的要求。