[发明专利]一种双影像单目视觉变形监测系统与方法

权利要求书

1.一种双影像单目视觉变形监测系统，其特征在于，包括双棱镜(1)、滤波片一(2)、滤波片二(3)、相机(4)与承载有图像标志(51)的标志承载物(5)，所述双棱镜设置在图像标志与相机之间，相机的镜头(41)朝向图像标志设置，双棱镜包括有入光面(11)、出光面一(12)与出光面二(13)，入光面位于图像标志一侧，出光面一与出光面二均位于相机镜头一侧，出光面一与出光面二相邻设置且出光面一与出光面二之间的夹角α大于150度且小于180度，所述滤波片一设置在相机镜头与出光面一之间，所述滤波片二设置在相机镜头与出光面二之间，滤波片一所能通过的光波波长与滤波片二所能通过的光波波长不同；

所述双影像单目视觉变形监测系统的监测方法，具体包括以下步骤：

1)图像标志发出的光线由双棱镜分光成两路光线，两路光线分别经滤波片一与滤波片二滤成两种不同波长的光波，射入相机中并形成两幅图像，两幅图像分别为图像一与图像二；

2)相机每隔若干秒采集一次图像，根据图像一的变化计算在滤波片一所对应的波长条件下，图像标志所发生的位移D₁，并根据图像二的变化计算在滤波片二所对应的波长条件下，图像标志所发生的位移D₂，所述滤波片一与滤波片二所能通过的光波波长定义为：滤波片一所能通过的波长小于滤波片二所通过的波长；S₁定义为在只有滤波片一所对应的波长条件下，图像标志位移D₁与拟真实位移值d之间的位移偏差量，S₂定义为在只有滤波片二所对应的波长的条件下，图像标志位移D₂与拟真实位移值d之间的位移偏差量；S₁与S₂即表示由大气折光所造成的误差；

3)根据D₁、D₂、S₁与S₂计算图像标志的拟真实位移值d，具体计算过程包括：

根据式1～式3计算拟真实位移值d，

d+S₁＝D₁ (式1)；

d+S₂＝D₂ (式2)；

其中，ΔD＝|D₂-D₁|，当ΔD小于或等于0.1像素所对应的位移时，由于波长较长的光波的大气折光误差较小，因此d值等于D₂；当ΔD大于0.1像素所对应的位移时，根据式1～式3计算d值，有

所述m为在步骤1之前测算得到的经验值，m的测算方式为：通过在图像标志所在的监测区域设置实际位移已知的基准点，对该基准点进行长期观测，分别观测计算基准点在滤波片一与滤波片二所对应的波长条件下的位移测量结果与基准点实际位移间的差值，以滤波片一与基准点实际位移间的差值除以滤波片二与基准点实际位移间的差值得到商值，计算多次测算得到的多个商值的平均值，即为m；

4)以拟真实位移值d作为图像标志的最终位移测量值，即变形监测值。

2.根据权利要求1所述的一种双影像单目视觉变形监测系统，其特征在于，所述滤波片一所能通过的光波波长与滤波片二所能通过的光波波长相差400nm以上。

3.根据权利要求1所述的一种双影像单目视觉变形监测系统，其特征在于，所述标志承载物上的图像标志包括两两间距设置的圆形标志A、圆形标志B、圆形标志C与圆形标志D，圆形标志A圆心与圆形标志C圆心之间的连线AC定义为第一连线，圆形标志B圆心与圆形标志D圆心之间的连线BD定义为第二连线，所述第一连线与第二连线垂直相交。

4.根据权利要求1所述的一种双影像单目视觉变形监测系统，其特征在于，所述相机的可识别的光谱范围为350nm～1100nm，所述滤波片一所能通过的光波波长范围为400±10nm，所述滤波片二所能通过的光波波长范围为850±10nm。

5.根据权利要求1所述的一种双影像单目视觉变形监测系统，其特征在于，

步骤2中所述D₁与D₂的计算过程均包括步骤2-1：

2-1)分别提取圆形标志A、圆形标志B、圆形标志C与圆形标志D的圆心A、B、C、D的图像坐标，将第一次测量的圆心坐标作为初始坐标，将之后每次测量的四个圆心坐标与初始坐标求差，计算图像标志在水平方向位移量M_x与竖直方向位移量M_y，单位为像素；具体计算过程包括：

将连线BD和连线AC在标志承载物上的实测长度定义为L_x与L_y，单位为mm，将连线BD和连线AC在图像上的长度定义为S_x与S_y，单位为像素；计算比例系数SFX＝L_x/S_x，SFY＝L_y/S_y；将圆心B与圆心D之间的水平方向距离和竖直方向距离分别定义为x_BD与y_BD，将圆心A与圆心C之间的水平方向距离和竖直方向距离分别定义为x_AC与y_AC；

计算式4的变换矩阵：

其中，

通过式5计算图像标志位移dx，dy：