[發(fā)明專利]用于土木工程結(jié)構(gòu)表觀缺陷評(píng)定的雙CCD檢測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110003251.1
• 申請(qǐng)日: 2011-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN102183524A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單寶華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88;G01B11/03;G01B11/22
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1.一種用于土木工程結(jié)構(gòu)表觀缺陷評(píng)定的雙CCD檢測(cè)方法，其特征在于，方法如下：

(1)表觀缺陷雙CCD檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置方法：

為了從二維圖像中獲得結(jié)構(gòu)表觀缺陷特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，雙CCD相機(jī)需從不同位置獲取包含結(jié)構(gòu)表觀缺陷特征點(diǎn)的兩幅圖像；將兩個(gè)CCD相機(jī)從不同角度交叉擺放觀測(cè)同一被測(cè)物體，首先要確定單個(gè)CCD相機(jī)的視角，然后針對(duì)工程應(yīng)用的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)兩個(gè)CCD相機(jī)之間的基線距離B與夾角α，以獲取最佳的公共視場(chǎng)，為獲得實(shí)際檢測(cè)中CCD相機(jī)的視角，需使CCD相機(jī)與一平面垂直，調(diào)整CCD相機(jī)與結(jié)構(gòu)表面的距離，使圖像清晰，且讓CCD相機(jī)的光軸指向平面上的十字中心，且讓CCD相機(jī)的光軸指向平面上的十字中心，在十字中心相互垂直的方向上，放置兩個(gè)標(biāo)尺，然后進(jìn)行拍照，根據(jù)圖像中的所能夠拍攝到的標(biāo)尺的距離，即可計(jì)算出CCD相機(jī)在水平方向和豎直方向上的視角，最后根據(jù)兩個(gè)CCD相機(jī)的基線距離、攝像機(jī)與基線的夾角和攝像機(jī)的視角，就能夠計(jì)算出雙CCD檢測(cè)系統(tǒng)的公共視場(chǎng)；

(2)雙CCD檢測(cè)方法的特征點(diǎn)空間坐標(biāo)計(jì)算方法：

雙CCD相機(jī)在同一時(shí)刻觀看結(jié)構(gòu)表面某特征點(diǎn)P，分別使用左右CCD相機(jī)獲取P點(diǎn)的圖像，它們的圖像坐標(biāo)分別為P_l＝(X_l，Y_l)，P_r＝(X_r，Y_r)，當(dāng)兩CCD相機(jī)的圖像平面在同一個(gè)平面上，則特征點(diǎn)P的圖像坐標(biāo)的Y坐標(biāo)相同，即Y_left＝Y(jié)_right＝Y(jié)，由透視變換原理得到：

Xleft=fxczc]]>Xright=f(xc-B)zc]]>Y=fyczc]]>

則時(shí)差為：Disparity＝|X_left-X_right|＝X_left-X_right；

由此計(jì)算出結(jié)構(gòu)表面特征點(diǎn)在雙CCD檢測(cè)系統(tǒng)坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)為：

xc=B·XlDisparityyc=B·YDisparityzc=B·fDisparity]]>

因此左CCD相機(jī)面上的任意一點(diǎn)只要能夠在右CCD相機(jī)像面上找到對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)，即二者是空間同一點(diǎn)在左右CCD相機(jī)上的點(diǎn)，就能夠根據(jù)雙CCD相機(jī)的固有幾何約束確定出結(jié)構(gòu)表觀缺陷特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，此種方法是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的運(yùn)算，圖像上所有點(diǎn)只要存在匹配點(diǎn)，就能夠參與上述運(yùn)算，從而獲取結(jié)構(gòu)表觀缺陷特征點(diǎn)的的空間坐標(biāo)，因而測(cè)量效率較高；

(3)結(jié)構(gòu)表觀缺陷圖像特征點(diǎn)的匹配方法：

表觀缺陷圖像特征點(diǎn)的匹配是通過(guò)圖像匹配的方法，尋找出兩幅圖像中特征點(diǎn)之間相互的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而確定出同一個(gè)特征點(diǎn)分別在兩幅圖像中的坐標(biāo)，缺陷圖像的特征匹配需要對(duì)兩幅表觀缺陷圖像進(jìn)行特征提取，可采用Harris角點(diǎn)提取算法、SUSAN角點(diǎn)提取算法或SIFT特征點(diǎn)提取算法；

在獲取圖像的坐標(biāo)時(shí)，采用交互識(shí)別和自動(dòng)特征匹配兩種方法，先通過(guò)自動(dòng)匹配方法進(jìn)行特征點(diǎn)的匹配，如匹配結(jié)果不能夠達(dá)到要求，再使用交互識(shí)別的方法進(jìn)行匹配，

在雙CCD檢測(cè)方法中，對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的匹配主要是兩幅圖像中點(diǎn)、邊緣或者區(qū)域等幾何基元的相似程度，再由同一特征點(diǎn)分別投影到兩幅圖像中形成的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，就能夠根據(jù)雙CCD檢測(cè)方法的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)；

(4)結(jié)構(gòu)表觀缺陷尺寸的評(píng)定方法：

在獲取到結(jié)構(gòu)表觀缺陷特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)之后，缺陷的長(zhǎng)度就可按空間中兩點(diǎn)的距離求得，設(shè)空間中兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P₁(X₁，Y₁，Z₁)，P₂(X₂，Y₂，Z₂)，則長(zhǎng)度計(jì)算公式為：

L=(X1-X2)2+(Y1-Y2)2+(Z1-Z2)2]]>

缺陷的深度測(cè)量首先需要建立一個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)面，所求到的深度就是相對(duì)于此基準(zhǔn)面的，這個(gè)基準(zhǔn)面是空間的，利用三維空間中的特征點(diǎn)，根據(jù)空間平面的計(jì)算公式求得該空間平面，設(shè)空間中三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P₁(X₁，Y₁，Z₁)，P₂(X₂，Y₂，Z₂)，P₃(X₃，Y₃，Z₃)，則空間平面方程為：

[(Y₁Z₂+Y₂Z₃+Y₃Z₁)-(Y₃Z₂+Y₂Z₁+Y₁Z₃)]X

+[(X₁Z₂+X₂Z₃+X₃Z₁)-(X₂Z₂+X₂Z.+X₁Z₃)]Y

+[(X₁Y₂+X₂Y₃+X₃Y₁)-(X₃Y₁+X₂Y₁+X₃Y3)]Z

+[(X₁Y₂Z₃+X₂Y₃Z₁+X₃Y₁Z₃)-(X₃Y₂Z₁+X₂Y₁Z₃+X₁Y₃Z₂)]＝0

(Y₁Z₂+Y₂Z₃+Y₃Z₁)-(Y₃Z₂+Y₂Z₁+Y₁Z₃)＝A

(X₁Z₂+X₂Z₃+X₃Z₁)-(X₂Z₂+X₂Z.+X₁Z₃)＝B

令

(X₁Y₂+X₂Y₃+X₃Y₁)-(X₃Y₁+X₂Y₁+X₃Y₃)＝C

(X₁Y₂Z₃+X₂Y₃Z₁+X₃Y₁Z₃)-(X₃Y₂Z₁+X₂Y₁Z₃+X₁Y₃Z₂)＝D

則平面方程為AX+BY+CZ+D＝0，

設(shè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)為K(X_k，Y_k，Z_k)，則空間點(diǎn)到空間平面的距離為：

d=|Aa+Bb+Cc-D|A2+B2+C2]]>

由此計(jì)算出結(jié)構(gòu)表觀缺陷的長(zhǎng)度、寬度和深度信息，

因此只要獲得了空間點(diǎn)在圖像中的坐標(biāo)，就能夠計(jì)算出空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而求得空間點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，也就完成了土木工程結(jié)構(gòu)表觀缺陷的損傷評(píng)定。