[发明专利]一种通过布置近场不动点的摄像测量误差抑制方法

说明书

本发明提供了一种通过布置近场不动点的摄像测量误差抑制方法，包括以下步骤：（1）安装标志物，架设数字摄像机，布置近场不动参考点；（2）通过数字摄像机同时监测远场结构标志与近场参考标志；（3）标定数字摄像机；（4）获取远场结构标志和近场参考标志的像素坐标；（5）获取像素坐标系内的位移变化量；（6）对后续的图像序列重复步骤（5）处理；（7）设计自适应滤波器，消除测量误差；（8）获得待测结构的真实位移；本发明克服了在摄像测量中难以布置和寻找远场不动参考点以抑制误差的缺点，灵活的适应了实际环境中对测量角度和视场的要求；引入了自适应滤波技术，使测量位移更加精确。

技术领域

本发明涉及摄像测量技术领域，具体涉及一种通过布置近场不动点的摄像测量误差抑制方法。

背景技术

随着计算机视觉和图像传感器等技术的发展和进步，具有非接触、远距离、精度高等特点的摄像测量方法逐渐成为结构健康监测领域的研究热点之一。通常由于外界环境、测量仪器等因素会使结构位移的测量结果产生较大的误差。为了抑制测量误差对测量精度的影响，一些人采用在待测结构附近布置不动参考点或者以远处的建筑群为不动参考点的方法。这种方法比建立单一因素与测量误差的相关模型来达到抑制效果的方法，考虑了多因素耦合情况下的误差，更加全面。但是，这种办法对于一些情况，例如测量大跨的桥梁跨中挠度，高楼的顶点位移，由于环境和视场原因我们难以在结构附近布置或者寻找不动参考点。因此，我们需要一种方便寻找不动参考点，且适应视场及环境要求的抑制摄像测量误差的新型方法。

例如，一种在中国专利文献上公开的“基于不动点的远距离面内小位移绝对检测装置及方法”，其公告号CN106482648A，包括第一标志牌、第二标志牌、摄像机，通过摄像机采集标志牌的投影进行检测移动，这对于参考点的布置有极大要求，限制了被测结构范围，泛用性低，且不能自动调节测量参数，精确度较低，测量误差较大。

发明内容

为此，本发明提供一种通过布置近场不动点的摄像测量误差抑制方法，能够方便的布置不动参考点，抑制多因素耦合下测量误差，满足远距离测量结构且灵活适应测量环境的要求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种通过布置近场不动点的摄像测量误差抑制方法，包括以下步骤：

（1）在待测结构上安装远场结构标志，选取静止场地架设数字摄像机，并在所述数字摄像机与所述待测结构之间设置静止标记物，所述静止标记物上设有近场参考标志；

（2）调节数字摄像机参数，使得其同时监测远场结构标志与近场参考标志，并使远场结构标志清晰成像，近场参考标志由于不在景深范围内而无法清晰成像，呈现弥散圆状态；

（3）建立摄像机坐标系、图像坐标系及世界坐标系，标定数字摄像机，获取标定参数，对每帧图像运用图像增强算法进行预处理，消除白噪声和冗余信息；

（4）获取初始帧图像，采用特征检测算法获取每帧图像中近场参考标志和远场结构标志的像素坐标；

（5）获取第二帧图像，将该帧图像内近场参考标志和远场结构标志的像素坐标分别减去初始帧内两者的像素坐标，得到两者在像素坐标系内的位移变化量；

（6）对后续的图像序列重复步骤（5）处理，即可得到测量过程中近场参考标志和远场结构标志的像素位移值，由于近场参考标志处于静止状态，其位移即为摄像测量误差；

（7）利用近场参考标志的测量误差与远场结构标志的测量误差相关，而与远场结构标志的真实位移不相关这一特性，以近场参考标志的像素位移为参考信号，以远场结构标志的像素位移为基本信号，设计自适应滤波器，得到消除测量误差后的远场结构标志的像素位移；

（8）根据标定参数将消除测量误差后的远场结构标志的像素位移转换为世界位移，即可得到待测结构的真实位移。

作为优选，步骤（1）中，所述静止标记物位于所述数字摄像机与所述待测结构之间靠近所述数字摄像机处，在数字摄像机附近布置静止标志物，作为参考，操作简单。