变形是评价桥梁安全和健康状况最直观、最常用的参数之一,因此桥梁变形测量是桥梁健康监测的重要内容之一。大跨度桥梁跨度大,变形可达米级,常规技术不易满足大变形测量的要求。而图像测量技术测量范围大,成本低,能够用来测量大跨度桥梁的变形。因此,研究大跨度桥梁变形图像测量技术具有重要的实用价值和现实意义。首先介绍了目前桥梁变形测量的主流技术,分析了几种新技术。图像测量技术因其独特的特性而最有可能在大跨度桥梁变形测量中得到普及。综述了国内外桥梁变形图像测量技术的研究现状,提出了本论文的研究目的和主要研究内容。根据理想光学系统的成像原理,阐述了大跨度桥梁变形图像测量系统的工作原理,进而提出了新的标定方法——自标定。自标定技术有效解决了工程应用中由于外界环境影响而造成的放大倍率不能准确测量的问题,提高了系统的抗干扰能力,并且简单、准确、省时、省力。另外为了分析系统各部分对成像质量的影响,给出了系统的调制传递函数。 探讨了大跨度桥梁自标定图像测量系统的设计原则,以指导设计性价比较高的硬件系统。并根据一具体设计目标,构建了测量系统的硬件部分。鲁棒性好和精度高的识别定位算法是图像处理的核心。大桥梁变形测量多是在野外进行的,场景非常复杂,环境光变化剧烈,光标几何形状特征变化较大,因此不宜采用基于特征的模式识别法识别光标区域。提出了模板匹配和灰度重心法相结合的识别定位算法,实现了光标像斑的亚像素定位。在Windows 2000环境下,基于Matrox MIL-lite 7.5软件包,采用Visual C++ 6.0开发了大跨度桥梁变形自标定图像测量软件,可实现二维位移的静态、动态测量。根据大跨度桥梁变形的特点,缩小了模板匹配的搜索区域,提高了搜索速度;采用双缓存异步图像采集方法,增强了动态测量的实时性。搭建了实验平台,进行了静态测量实验和长期漂移实验。结果表明该系统精度高,漂移小,量程可达1米,能够满足大变形测量的要求。不仅可用于大跨度桥梁变形测量,亦可用于大坝、建筑等大型土木结构的变形测量,成本低廉,具有较强的推广价值。