[发明专利]一种免像控的单目视觉平面距离测量方法

说明书

本发明公开了一种免像控的单目视觉平面距离测量方法，包括：测量系统集成阶段：将相机和激光测距仪固连构成直接定向视觉测量系统；测量系统检校阶段：对测量系统进行集成检校，确定相机内参、畸变像差以及相机与激光测距仪之间的偏心角，修正相机的非线性畸变、实测高程和姿态；平面距离测量阶段：基于相机在倾斜视角下像点、光心和物点共线的中心投影成像原理建立像平面和物平面之间的“像点‑距离”的变换关系，最终实现免像控的单目视觉平面距离测量。本发明具有较低的硬件成本和操作复杂度。本发明无需在待测平面布设像控点，可在数分钟内完成测点布设，大大降低了野外工作量；也不依赖于场景中的先验知识，具有普适性。

技术领域

本发明涉及平面距离测量领域，特别是涉及一种免像控的单目视觉平面距离测量方法。

背景技术

视觉测量是随着计算机视觉技术的发展而形成的一门非接触式测量技术，相比传统测量手段具有量测范围大、获取测量信息多、受工作环境限制小、不干扰测量对象等优点。视觉测量系统根据所用摄像机数目的多少，可以分为单目视觉测量、双目视觉测量、多目视觉测量和结构光视觉测量等。其中，利用单台相机拍摄的单幅图像进行物体几何尺寸或空间位置测量的技术在机器视觉领域被称为单目视觉测量。由于具有结构简单、易于标定、操作便捷等优点，被广泛应用于工业检测及测绘工程中的平面测量。然而，单幅图像由于成像过程中深度信息的缺失，造成三维世界坐标到二维图像坐标的映射关系是不可逆的，通常需要附加共面约束条件来建立单应矩阵描述的像方平面和物方平面间可逆的坐标变换关系。主要采用的方法是基于点对应求解单应矩阵的直接线性变换法，即：使用待测平面中4个以上坐标己知的像控点解算单应矩阵，再利用单应性矩阵解算待测像点在物平面中的坐标，进而计算两点之间的距离；其测量精度对像控点的精度、数量及分布条件等因素较为敏感，并且在水面等复杂施测环境中像控点的布设较为困难，往往限制了该方法的使用。其他方法利用视场中已知的距离或规则的几何结构作为先验知识解算单应矩阵，例如：Wang等提出了一种利用基于直线对应的单应矩阵解算方法，由于直线可通过多点拟合得到，因此测量精度高高于点对应的方法；丁伟利等提出一种利用矩形结构获取测量信息的方法，仅需利用场景中易于测量的矩形一边长度作为输入，就能够对场景中不同位置进行测量；王美珍等提出了基于交比射影变换不变量的单幅图像平面几何信息提取方法，利用场景中几何结构计算平面中的灭点灭线，并利用待测平面中事先测得距离的线段构建交比来计算待求线段的物理距离，避免了布设像控点的繁琐；然而，这些方法需要利用图像中的几何信息，只适用于特定场景，缺乏普适性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种免像控的单目视觉平面距离测量方法，具有普适性。

技术方案：本发明所述的免像控的单目视觉平面距离测量方法，包括：

测量系统集成阶段：将相机和激光测距仪固连构成直接定向视觉测量系统；

测量系统检校阶段：对测量系统进行集成检校，确定相机内参、畸变像差以及相机与激光测距仪之间的偏心角，修正相机的非线性畸变、实测高程和姿态；

平面距离测量阶段：基于相机在倾斜视角下像点、光心和物点共线的中心投影成像原理建立像平面和物平面之间的“像点-距离”的变换关系，最终实现免像控的单目视觉平面距离测量。

进一步，所述将相机和激光测距仪固连构成直接定向视觉测量系统的具体过程为：采用一根连接杆将相机和激光测距仪固连构成直接定向视觉测量系统，连接杆上设有三个共线分布的螺孔，位于中间的螺孔用于连接三脚架，位于两侧的螺孔分别连接相机和激光测距仪，将相机与激光测距仪的三轴调至平行。

进一步，位于两侧的螺孔中的一个螺孔通过双头连接件连接相机，位于两侧的螺孔中的另一个螺孔通过双头连接件连接激光测距仪。