[發明專利]基于同步子區搜索的立體視覺三維位移測量方法

有效

• 申請號: 201811301575.1
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109360246B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 單寶華;呂大剛;薛志林;白志霖;王皓;于曉輝;喬雨蒙
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/231;G01B11/03;G01B11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉冰

基于同步子區搜索的立體視覺三維位移測量方法，本發明涉及立體視覺三維位移測量方法，為解決時序匹配過程中未同步進行子區搜索，使測量計算效率低的問題。具體過程為：一、標定立體視覺系統，得到內外參數矩陣，采集圖像，得到圖像序列；二、提取左圖像上各測點圖像坐標，自動生成DIC匹配模板，計算搜索子區尺寸；三、得到右圖像上對應測點的圖像坐標；四、判斷右圖像上各測點DIC匹配結果是否滿足極線約束關系，不滿足則對DIC匹配結果進行修正；五、對左右圖像序列上各測點同步進行DIC子區搜索，得到左右圖像序列各測點對應匹配結果；六、得到各測點各時刻的三維坐標和三維位移。本發明用于結構三維位移測量領域。

技術領域

本發明涉及一種結構測量方法，特別是涉及一種三維位移測量方法。

背景技術

在土木工程領域，數字圖像相關方法(DIC)是一種區域匹配算法，于上世紀八十年代由日本學者Yamaguchi與美國教授Peters、Sutton等人同時提出，近年來，隨著DIC方法的不斷發展，DIC方法在立體匹配中的優勢越來越明顯。

1983年，Sutton利用DIC對簡單剛體運動進行了研究。1989年，H.A.Bruck利用Newton-Raphson方法解決亞像素搜索問題，為變形體的位移測量問題提供了解決方法。1998年，Vendroux，Smith對散斑相關精度影響的因素進行總結，隨后提出了通過近似求解Hessian矩陣降低計算量。2009年，齊良育對幾種亞像素搜索方法進行比較，為亞像素搜索策略的選擇提供依據。同年，LanderVASSEUR，StijnMATTHYS等采用3D-DIC方法對CFRP加固的混凝土梁進行試驗，為CFRP加固引起的裂縫發展情況分析提供了參考。2013年，MohammadKashfuddoja，M.Ramji使用3D-DIC方法對帶孔洞的CFRP板進行試驗，試驗包括一側加固，兩側加固兩種情況。同年，梁晉，胡浩等針對板料大變形情況下難以測量的問題，提出了大變形分步匹配算法。2014年，劉聰應用3D-DIC方法測量了FRP包裹混凝土柱抗壓試驗，立體匹配選擇二階形函數。

通過比較分析可以發現，上述DIC方法進行時序匹配過程中大多選用單點全區搜索算法或單點子區搜索算法，沒有采用同步子區搜索算法，測量過程計算效率低下。本發明為解決此問題，提出基于同步子區搜索的立體視覺三維位移測量方法。對左右圖像序列上各測點同步進行DIC子區搜索，提高三維位移測量方法的計算效率。

發明內容

本發明的目的是為了解決時序匹配過程中沒有同步進行子區搜索，導致測量過程計算效率低下的問題，而提出的一種同步子區搜索的立體視覺三維位移測量方法。

同步子區搜索的立體視覺三維位移測量方法具體過程為：

步驟一、采用相機標定方法對立體視覺系統進行標定，得到立體視覺系統的內參數矩陣和外參數矩陣，對各測點采集圖像，得到各測點左右圖像序列；所述內參數矩陣為左相機的內參數矩陣A_l和右相機的內參數矩陣A_r；所述左相機為立體視覺系統左側相機，右相機為立體視覺系統右側相機；所述外參數矩陣為由左相機坐標系到右相機坐標系的旋轉矩陣R和平移向量T；所述測點為粘貼在被測對象表面的圓形靶標圓心；

步驟二、提取初始時刻左圖像上各測點的圖像坐標，自動生成各測點的DIC匹配模板，并計算各測點的DIC搜索子區尺寸；所述左圖像為左相機采集的圖像；所述DIC方法為數字圖像相關方法；

步驟三、使用DIC方法對初始時刻左圖像上各測點進行立體匹配，得到右圖像上各對應測點的圖像坐標；所述右圖像為右相機采集的圖像；

步驟四、判斷初始時刻右圖像上各測點的DIC立體匹配結果是否滿足極線約束關系，如果立體匹配滿足極線約束關系，執行步驟五；如果立體匹配不滿足極線約束關系，對不滿足極線約束關系的立體匹配結果進行修正，得到右極線上距離DIC立體匹配結果最近的點，將該點作為極線修正后匹配點；