[发明专利]一种双影像单目视觉变形监测系统与方法

说明书

本发明提供了一种双影像单目视觉变形监测系统，包括双棱镜、滤波片一、滤波片二、相机与承载有图像标志的标志承载物，双棱镜设置在图像标志与相机之间，相机的镜头朝向图像标志设置，双棱镜包括有入光面、出光面一与出光面二，滤波片一设置在相机镜头与出光面一之间，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。本发明能够实时改正大气折光误差，测量更准确，实用性好。本发明的监测系统不需要额外的测量仪器，也不需要额外的人工操作，成本较低，实施难度较低。本发明所提出的视觉变形监测方法，通过对大气折光误差的改正，进而对位移测量值进行修正，监测精度可以达到毫米级。

技术领域

本发明涉及视觉变形监测技术领域，特别的，涉及一种双影像单目(单目即单相机)视觉变形监测系统与方法。

背景技术

视觉变形监测技术是一种用相机获取目标图像，通过计算机对图像进行处理，比较目标图像在影像序列上的变化，再根据目标图像的变化计算出目标真实位移的一种二维位移变形监测技术。视觉变形监测被广泛的应用于高楼、大坝、桥梁、边坡和基坑等构筑物的变形监测中，目前，已有很多学者对视觉变形监测技术进行了研究，但在其研究的过程中，一般监测时间较短(几百秒～几小时)和/或者监测距离较短(5～20m)，大气折光对测量精度的影响不明显，因此大气折光对测量精度的影响常常被忽略。现有的视觉变形监测方案中对大气折光的处理方式主要有以下三种：

1)在三角测量中，通过重复测量基准点的高程，比较高程真值与测量值的偏差，反算大气竖直折光系数并加以改正。这种方法由于操作较为繁琐，一般只进行有限次测量，无法做到实时改正，且大气折光系数随时间的变化幅度较大，计算得到的大气折光系数并不能代表任意时刻的大气折光系数。对于视觉测量来说，需要增加额外的测量设备(水准标尺、水准仪等)，还需要额外的人工成本。

2)测量气象参数的大气折光改正方法利用高精度气象仪测量光学路径上有限位置处的温度、湿度、大气压等参数，利用这些参数，结合光学色散公式，计算大气折光系数，对测量结果进行改正。该方法需要为测量系统配备高精度的气象仪，但是在户外条件下，受大气湍流和大气分布不均匀的影响，几个点处的大气折光值无法代表一条曲线的整体值，该方法只能测量一条光学路径(曲线)上的有限点处的大气折光值(一般只能测量目标位置处和测站位置处两个点，因为其它区域可能难以测量)，因此利用光学色散公式计算大气折光系数的精度难以保证，实用性较差。

3)利用参照目标在影像序列中的位置变化，计算光线折光偏角的改正方式，计算简便，能够做到实时改正，但实际应用中，很难在相机视场范围内找到稳定可靠的参照目标。因此实用性不强。

对于短时间、近距离的变形监测，由于大气折光对测量影响小，大气折光误差可以忽略不计，而对于长时间、远距离的缓慢变形监测应用，大气折光将是测量中的主要误差源，由于近地面大气气象条件(温度、气压、密度、湿度)不稳定，大气折光系数时刻都在发生变化，光线的传播路径会随大气气象条件的变化而变化，导致目标在相机上的成像位置发生偏移，使位移计算出现误差。

因此，现有技术中，需要一种方案来解决对于长时间、远距离的实时变形监测因大气折光造成的测量误差问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种双影像单目视觉变形监测系统与方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种双影像单目视觉变形监测系统，包括双棱镜(即菲涅尔双棱镜)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。