[发明专利]一种无标记结构三维振动的计算机视觉测量方法

说明书

一种结构三维振动无标记测量的计算机视觉方法，步骤如下：1)利用双目相机对结构不同视角下的振动进行视频记录；2)对初始帧图像进行多尺度差分空间表征，分别筛选出初始帧不同视角下结构虚拟特征点；3)选取以虚拟特征点为中心的像素区域，基于图像像素亮度、梯度等特征分别构建初始帧不同视角下虚拟特征点的描述符向量；4)对所得描述符向量间进行欧式距离计算，获取同一虚拟特征点不同视角下的像素坐标；5)以所得像素坐标为基础，逐帧计算同一虚拟特征点同视角下的像素坐标；6)构建相机坐标系与空间控标系间的映射关系，获取结构的三维振动信息。本发明测量装置安装简单，无需对结构进行标记，适用于多种场景下的结构三维振动测量。

技术领域

本发明属于结构振动测量相关技术领域，特别涉及一种无标记结构三维振动的计算机视觉测量方法。

背景技术

结构的三维振动信息能反映结构的真实运动，是对结构运动细节信息进行描述重要手段，因此，发展高效、快捷的三维振动测量方法具有很重要的意义。现有的基于计算机视觉下的三维振动测量方法，具有非接触、高精度等被广泛应用，如三维数字图像相关技术，三维点跟踪技术等。然而，目前所采用的视觉方法在测量结构三维振动时，需要依赖于人工标记的特征，如散斑、几何标记等，但在测量过程中，标记容易脱落，给测量带来不便。同时，对于大型结构和服役于恶劣环境中的结构，该方法操作起来成本高，单次标记需要大量的人力和物力，给实际的工程应用带来极大的挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无标记结构三维振动的计算机视觉测量方法，以解决目前结构的三维振动测量技术依赖于人工标记，很难满足实际工程的应用的不足，本发明融合了光流算法和特征匹配算法理论的各自优点，不需要对结构表面进行标记等预处理，仅利用结构表面的纹理特征实现结构运动测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种无标记结构三维振动的计算机视觉测量方法，包括以下步骤：

步骤1)，利用双目相机对结构不同视角下的振动进行视频记录；

步骤2)，对初始帧图像进行多尺度差分空间表征，通过对比不同尺度上像素点的亮度信息，分别筛选出初始帧不同视角下结构虚拟特征点；

步骤3)，选取以虚拟特征点为中心的像素区域，基于图像像素亮度和梯度分别构建初始帧不同视角下虚拟特征点的描述符向量；

步骤4)，对不同视角下的虚拟特征点的描述符向量间进行欧式距离计算，获取初始帧同一虚拟特征点不同视角下的像素坐标；

步骤5)，以初始帧同一虚拟特征点不同视角下的像素坐标为基础，采用光流算法分别计算同一虚拟特征点不同视角下的像素坐标；

步骤6)，利用双目相机视差，基矩、焦距等条件，构建相机坐标系与空间控标系间的映射关系，基于不同时刻虚拟特征点不同视角下的像素坐标获取虚拟特征点不同时刻的三维空间坐标；

步骤7)，基于不同时刻虚拟特征点的三维空间坐标，测量结构的三维振动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)无需对被测结构表面预处理，更广的适用范围。

2)所提出的方法对图像尺度、旋转、光照变化等噪声也具有良好的稳定性，测量精度也更高。

附图说明

图1为本发明所提出的结构三维振动无标记测量方法流程示意图。

图2为图像多尺度差分空间示意图。

图3为基于图像差分空间特征点检测原理示意图。

图4为基于像素亮度梯度的特征点描述符向量示意图。

图5为光流算法逐帧计算特征点空间位置信息的流程示意图。