[发明专利]基于目标点仰角变化的单目相机挠度测量方法

权利要求书

1.一种基于目标点仰角变化的单目相机挠度测量方法，其特征在于，包括：

相机设置的步骤：调整相机使得待测量目标点出现在相机的视场中，测量目标点到相机的距离；

相机位姿获取的步骤：相机设置完成后，测量以获取相机的位姿参数，包括相机俯仰角θ和滚转角β；

真实俯仰角计算的步骤：结合每个目标点的在图像上坐标和相机的固有参数，包括相机焦距和像素点实际物理尺寸，可以求出各目标点在不同状态时的真实俯仰角α；

位置追踪的步骤：采用数字图像相关法跟踪目标点在图像中的位置变化；

挠度计算的步骤：基于小孔成像模型中的几何关系，由某一目标点实际位置Q₀至目标点Q₀位移后的实际位置Q₁的位移量S满足式(8)；按式(8)的挠度计算公式，求出目标点的挠度S为：

其中，T为待测目标点到相机的距离，可通过激光测距仪测得，α₀和α₁分别为目标点在初始状态时和位移时的真实俯仰角。

2.根据权利要求1所述的基于目标点仰角变化的单目相机挠度测量方法，其特征在于，所述真实俯仰角α按以下方法计算：

调整后图像坐标(x，y)可以看作由横轴平行于水平面的图像坐标系绕图像中心(x_c，y_c)旋转了β角后的位置，两者关系满足式(1)，

其中，旋转矩阵M为：

待测目标点在相机成像面上的投影点的图像坐标为(x，y)，其绕图像中心(x_c，y_c)旋转β后得到新坐标为(x′，y′)，其满足式(2)：

其中，

从而可以利用式2计算新坐标(x′，y′)；

假设待测目标点为Q₀，Q₀在相机成像面上的投影为q₀(x₀，y₀)，由旋转矩阵求得X轴平行于水平面的图像坐标系下q₀点坐标为(x₀′，y₀′)，由几何关系得目标点Q₀的俯仰角为α₀满足式(3)：

其中，l_ps为像素实际尺寸，f为相机镜头焦距,(x_c，y_c)为图像中心；

对某一目标点而言，可以按上述方法并经式(3)分别计算出其在初始状态和位移状态的真实俯仰角α₀和α₁，α₀为初始状态时目标点Q₀的真实俯仰角，α₁为位移时目标点Q₁的真实俯仰角。

3.根据权利要求1所述的基于目标点仰角变化的单目相机挠度测量方法，其特征在于，数字图像相关法包括快速相关匹配算法和特征点匹配算法，将变形图的子区与参考图的子区进行整像素搜索，获得变形图中测量点的整像素位置(u,v)；选取合适的亚像素位移算法进行亚像素搜索，以获得目标点亚像素位移。