申请/专利权人：浙江工业大学

申请日：2022-03-01

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN114608465B

主分类号：G01B11/16

分类号：G01B11/16;G06T7/60;G06T7/80;G06T5/70;H04N23/67

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2022.06.28#实质审查的生效;2022.06.10#公开

摘要：基于计算机视觉的土木工程结构多测点空间位移实时测量方法，包括：1布置测点及架设摄像机；2对摄像机进行参数调试并进行图像处理；3标定双目相机；4实时测量多测点空间位移。本发明具有以下优点：1分布式测量：监测范围广、能够同时测量结构表面多个控制点的位移；2三维测量：通过两台相机同步测量，可以直观地反映结构整体的三维空间变形情况3远距离非接触：通过相机拍摄图像并进行处理可以直接获取测点位移；4低成本：采用的相机和镜头相对于GPS等传感器成本低，布置便捷；5高精度：通过选用不同分辨率的相机和镜头，可以实现高精度结构位移监测。

主权项：1.一种基于计算机视觉的土木工程结构多测点空间位移实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：布置测点及架设摄像机；首先选取整个建筑结构的控制点作为测点，选取位置尽量为建筑结构四周，在测点上布置黑白棋盘格图案靶标和LED靶标，并将黑白棋盘格图案靶标和LED靶标与建筑结构建立刚性连接；然后将两台摄像机分别架设在远离建筑结构的不同方向，使视线成一定夹角，使摄像机与稳定的地面建立刚性连接，镜头对准建筑结构上预先布置的多个测点，将摄像机与无线控制器连接；最后反复调整两台摄像机的空间交角、调节摄像机的镜头焦距、光圈大小和放大倍数使选定的测点同时出现在两台摄像机的视野中；步骤二：对摄像机进行参数调试并进行图像处理；首先建立无线局域网，将无线控制器接入无线局域网，使两台摄像机通过TCPIP协议将数据传输到计算机端，并同步两台摄像机的时钟；然后调整两台摄像机的曝光时间和增益值，选用滤波对后续采集的图像进行降噪处理，去除噪声的同时不会删除图像中的细节，可以防止边缘模糊，能较好的保留图形边缘信息；最后用Canny算子对每个黑白棋盘格图案靶标和LED靶标进行边缘检测，提取黑白棋盘格图案靶标和LED靶标的边缘，确定LED靶标的形心；步骤三：标定双目相机；首先，分别用两台摄像机拍摄的黑白棋盘格图案靶标对两台摄像机进行标定，得到两台摄像机各自的内参矩阵和畸变参数向量；然后，根据两台摄像机拍摄的黑白棋盘格图案靶标图像，分别计算图像中各个测点的比例因子S；最后将根据两台摄像机拍摄的LED靶标图像，构建各个测点的三维空间坐标系x,y,z，求出图像平面与空间坐标系的夹角α、β，确定各个测点的在两台摄像机上的图像变位与实际空间变位关系，分别假设各个测点的水平方向位移D1、D2和铅垂方向位移△z并根据几何关系转换为实际空间位移△x,△y,△z；S代表单位像素代表的实际长度，因此S可以表示为； 其中：L:黑白棋盘格图案靶标实际长度；P:黑白棋棋盘格图案靶标在图像上所占像素数量；水平方向位移D1、D2和铅垂方向位移△z与实际空间位移之间的关系可以用下式表示；△x＝D2cosα+D1cosβ2△y＝D2sinα+D1sinβ3△z＝△z4其中：D1：摄像机A拍摄到的水平位移D2：摄像机B拍摄到的水平位移；△x:测点在设定空间坐标系上沿x轴的位移△y测点在设定空间坐标系上沿y轴的位移△z:两台摄像机拍摄到的铅垂位移，即测点在设定空间坐标系上沿z轴的位移；α：摄像机B和测点连线与y轴形成的夹角；β：摄像机A和测点连线与y轴形成的夹角；步骤四：实时测量多测点空间位移；首先，将采集到第一帧图像中的LED靶标的几何形态作为图像特征，将此特征作为数字图像相关的基准模板；其次，对两台摄像机后续采集的图像进行数字相关的模板匹配，分别对多个区域的测点进行目标追踪，然后对多目标追踪过程进行优化，直至目标追踪满足要求，计算模板在图像上的像素变位并根据比例因子S转换为水平方向位移D1、D2和铅垂方向位移△z；最后，根据公式2、公式3和公式4将水平方向位移和铅垂方向位移转换为空间坐标系上的位移并输出至计算机。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 浙江工业大学 基于计算机视觉的土木工程结构多测点空间位移实时测量方法

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