[发明专利]单目六自由度形变监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种单目六自由度形变监测系统及方法，包括靶标、视觉采集单元、中央处理单元和输出接口单元；其中：靶标固定于待监测物体表面，其上设有5对圆形标记对，所有圆形标记等大；所述靶标和所述圆形标记的表面为具有灰度差异的两种颜色，以能从靶标图像中提取出圆形标记；所述5对圆形标记对分别位于所述靶标的中心、上侧、下侧、左侧和右侧；视觉采集单元用来采集靶标的视频流数据，其包括沿光路依次排列的CCD成像传感器、光阑、光学透镜组、滤光片；中央处理单元用来对所述视频流数据进行图像处理，并通过所述输出接口单元输出处理结果。本发明结合单目视觉和近景摄影测量，实现了物体六自由度形变的在线监测。

技术领域

本发明属于近景摄影测量技术领域，具体地说，涉及一种单目六自由度形变监测系统及方法。

背景技术

形变指物体受到外力而产生伸缩、倾斜、弯曲等形状变化。形变广泛存在于现代建筑及自然地形中，如桥梁、大坝、矿山和高层建筑因年久失修造成的下沉、倾斜等范性形变，地形因自然灾害造成的滑坡、岩崩、地震、地表沉陷等。形变在一定的范围内是可以存在的，称之为安全范围。若形变超出安全范围，则会演变成事故或灾害，从而危害国民的人身财产安全。因此，对现代建筑和自然地形的形变情况进行在线监测就显得尤为重要。

近景摄影测量(Close Range Photogrammetry)技术是指对物距不大于300米的目标摄取影像，并利用图像处理技术和靶标的先验信息测量目标物的尺寸、速度等信息。本发明主要提出一套完整的单目六自由度形变监测技术，通过单目视觉和近景摄影测量技术，同时解决形变监测过程中的多自由度、实时性、便携性、遮挡敏感等技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合了单目视觉和近景摄影测量的单目六自由度形变监测系统及方法。

本发明提供的单目六自由度形变监测系统，包括靶标、视觉采集单元、中央处理单元和输出接口单元；其中：

靶标固定于待监测物体表面，其上设有5对圆形标记对，所有圆形标记等大；所述靶标和所述圆形标记的表面为具有灰度差异的两种颜色，以能从靶标图像中提取出圆形标记；

所述5对圆形标记对分别位于所述靶标的中心、上侧、下侧、左侧和右侧，分别记为中央标记对、上标记对、下标记对、左标记对、右标记对；其中，中央标记对、上标记对和下标记对中的两圆形标记分别水平对齐，且上标记对和下标记对关于中央标记对上下对称分布；左标记对和右标记对中的两圆形标记分别垂直对齐，且左标记对和右标记对关于中央标记对左右对称；

视觉采集单元用来采集靶标的视频流数据，其包括沿光路依次排列的CCD成像传感器、光阑、光学透镜组、滤光片；

中央处理单元用来对所述视频流数据进行图像处理，并通过所述输出接口单元输出处理结果。

本发明提供的单目六自由度形变监测方法，包括对权利要求1所述视觉采集单元所采集的视频流数据进行如下处理：

S100框选中央标记对，所框选的帧图像记为初始帧图像，所框选的矩形区域记为框选区域，提取中央标记对轮廓，基于所提取的中央标记对轮廓、以及各标记对的先验位置关系，计算初始帧图像的靶标位置信息；所述靶标位置信息包括①中央标记对轮廓及圆心位置、②中央标记对的像素圆心距和像素半径、③上标记对、下标记对、左标记对、右标记对的圆心位置；

S200根据相邻帧图像中前帧图像的靶标位置信息，获取各相邻帧图像中后帧图像的靶标位置信息，从而获得各帧图像的靶标位置信息，本步骤进一步包括：

S210预估后帧图像中中央标记对处的矩形区域，记为预估区域，具体为：