[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于圖像的橋梁結(jié)構(gòu)撓度測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811531900.3
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109754429A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建;于姍姍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/80
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/80;G06T7/33
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種基于圖像的橋梁結(jié)構(gòu)撓度測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)估算工程測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的大約物距，準(zhǔn)備好擬采用的相機(jī)和鏡頭；

(2)實(shí)驗(yàn)室相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定；采用棋盤(pán)格標(biāo)定板進(jìn)行相機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)參標(biāo)定；

(3)圖像采集；尋找合適的相機(jī)架設(shè)位置A，調(diào)焦至目標(biāo)結(jié)構(gòu)成像清晰，拍攝一張圖片；位置A的三角架保持不動(dòng)，相機(jī)架設(shè)到新的位置B，再拍攝一張目標(biāo)結(jié)構(gòu)的圖片；位置B盡可能與位置A距離目標(biāo)結(jié)構(gòu)的距離大致相同，而不用重新調(diào)焦，兩張圖像中的結(jié)構(gòu)盡可能多得重疊；

(4)測(cè)量距離；采用皮尺測(cè)量?jī)蓚€(gè)位置的三腳架螺絲的距離，測(cè)量3次取均值，該距離近似認(rèn)為是相機(jī)在位置A和位置B處時(shí)的光心距離；

(5)特征匹配求外參；采用SURF-BRISK對(duì)兩幅圖像進(jìn)行特征匹配，求出相機(jī)在兩個(gè)位置處的相機(jī)光心坐標(biāo)的關(guān)系RT；

(6)三維重構(gòu)：結(jié)合步驟(2)-(5)對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重構(gòu)；

(7)利用步驟(4)測(cè)得的距離對(duì)三維重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行單位換算，得到目標(biāo)結(jié)構(gòu)的世界坐標(biāo)(X，Y，Z)，該坐標(biāo)系以B位置相機(jī)的光心為坐標(biāo)系原點(diǎn)；

(8)根據(jù)特征點(diǎn)世界坐標(biāo)的Z值計(jì)算其放大系數(shù)：

其中，(x₀，y₀)為測(cè)點(diǎn)的初始像素坐標(biāo)，(x_c，y_c)是圖像中心的像素坐標(biāo)，l_ps為相機(jī)的像元尺寸，f為鏡頭焦距，β是相機(jī)的仰角。

(9)采集變形圖像序列；相機(jī)架設(shè)在B位置后需要變動(dòng)，繼續(xù)采集結(jié)構(gòu)變形前后的一系列圖像；

(10)結(jié)構(gòu)位移計(jì)算；以變形前的圖像作為參考圖，采用改進(jìn)后的SURF-BRISK對(duì)變形前后的圖像進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)的亞像素位移，結(jié)合(8)所求出的s，將像素位移換算為實(shí)際位移。

2.如權(quán)利要求1所述的基于圖像的橋梁結(jié)構(gòu)撓度測(cè)量方法，其特征在于，步驟(2)至步驟(8)中，采用單相機(jī)三維重構(gòu)原理求解結(jié)構(gòu)目標(biāo)特征點(diǎn)的物距，進(jìn)而求出放大系數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述的基于圖像的橋梁結(jié)構(gòu)撓度測(cè)量方法，其特征在于，步驟(2)中，采用棋盤(pán)格標(biāo)定板進(jìn)行相機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)參標(biāo)定具體為：采用張正友的單相機(jī)標(biāo)定方法；利用黑白棋盤(pán)的角點(diǎn)作為特征點(diǎn)，多個(gè)角度拍攝標(biāo)定板的照片并利用這些照片上特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)信息與已知實(shí)際空間坐標(biāo)信息進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，圖像上特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)信息即為圖像識(shí)別算法獲得的像點(diǎn)的像素坐標(biāo)(x_s，y_s)，實(shí)際空間坐標(biāo)信息為加工標(biāo)定板已知的特征點(diǎn)的世界坐標(biāo)(x_w,y_w,z_w)；將世界坐標(biāo)系原點(diǎn)定位于標(biāo)定板左上角的第一個(gè)特征點(diǎn)，X、Y軸方向分別為標(biāo)定板水平和豎直方向，則z_w都等于零；先求出單應(yīng)性矩陣，再利用旋轉(zhuǎn)矩陣的正交性提供兩個(gè)約束求解相機(jī)內(nèi)參初值，然后求相機(jī)外參初值，最后確定畸變初值；不考慮畸變的相機(jī)成像模型，則標(biāo)定板上每一個(gè)特征點(diǎn)滿足下式：

上式中，r₁,r₂,r₃旋轉(zhuǎn)矩陣R的3個(gè)列向量，t為平移矩陣T，K為內(nèi)參矩陣；在標(biāo)定板上的點(diǎn)和它的像點(diǎn)之間建立了一個(gè)單應(yīng)性映射關(guān)系，表示為：

單張相片中至少需要4對(duì)已知的空間點(diǎn)和像點(diǎn)才能求解出單應(yīng)性矩陣H，8個(gè)方程求解8個(gè)未知數(shù)，每一張圖片都有一個(gè)單應(yīng)性矩陣，接下來(lái)便要通過(guò)H求解相機(jī)內(nèi)參K。

4.如權(quán)利要求1所述的基于圖像的橋梁結(jié)構(gòu)撓度測(cè)量方法，其特征在于，步驟(3)中，采用1臺(tái)相機(jī)、2個(gè)三角架和皮尺一個(gè)，利用三腳架記錄相機(jī)的位置，利用皮尺測(cè)量三腳架螺絲之間的距離作為相機(jī)光心的距離。