[发明专利]一种基于单相机无标靶的建筑物全局位移监测方法

权利要求书

1.一种基于单相机无标靶的建筑物全局位移监测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：当建筑物仅于一个方向上存在明显的位移时，对焦距固定的摄像机进行相机标定，得到相机的内参矩阵M₁和畸变系数；

步骤二：利用摄像机以固定频率采集目标建筑的位移视频；

步骤三：将步骤二中摄像机采集到的位移视频通过步骤一中得到的畸变系数进行校正，得到校正后的视频数据；

步骤四：获取四维的转换矩阵M₂，具体步骤为：

步骤四一：在校正后的视频数据中抽取建筑物静止状态下的视频帧，即建筑物静止状态下的图像，并根据建筑物的尺寸信息建立三维坐标系；

步骤四二：选取建筑物静止状态下图像上建筑物的特征点，得到特征点在图像上的二维坐标，并确定特征点在三维坐标系下的对应的三维坐标，进而得到特征点在图像上的二维坐标和在三维坐标系下的三维坐标；

步骤四三：重复步骤四二，得到至少四个特征点对应的二维坐标和三维坐标，然后使用至少四个特征点对应的二维坐标和三维坐标以及内参矩阵M₁得到相机坐标系与所建立的建筑物三维坐标系的刚体变换关系，即四维的转换矩阵M₂；

步骤五：确定待追踪的目标点在建筑物三维坐标系中的三维坐标P_w＝(x_w,y_w,z_w)，选取视频帧中以待追踪的目标点P_i＝(u,v)为中心的区域作为待追踪区域，使用目标跟踪算法追踪视频帧中待追踪区域中像素点的位移信息，对像素点的位移信息取平均值后作为目标点的像素位移信息，利用该位移信息得到目标点P_i＝(u,v)位移后的位置P_i′＝(u′,v′)；

步骤六：确定建筑物的位移方向在建筑物三维坐标系中的三维位移向量v(a,b,c)，根据三维位移向量v(a,b,c)与相机的内参矩阵M₁、四维的转换矩阵M₂以及目标点的像素位移信息得到P_w＝(x_w,y_w,z_w)在三维坐标系中的位移信息；

所述P_w＝(x_w,y_w,z_w)在三维坐标系中的位移信息表示为：

其中，disp为目标点P_w在向量v方向上的位移，a、b、c分别为向量v的三个分量，Δ为目标点P_w的x分量在方向v上的变化量；

所述Δ通过以下方程得到：

其中A＝r₃₁x_w+r₃₂y_w+r₃₃z_w+t_z，B＝r₃₁+b/ar₃₂+c/ar₃₃，(u′-u,v′-v)为目标点的像素位移信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于单相机无标靶的建筑物全局位移监测方法，其特征在于所述刚体变换关系表示为：

其中，r₁₁到r₃₃代表建筑物三维坐标系到相机三维坐标系所经过的刚体变换中旋转矩阵的元素，t_x、t_y、t_z代表的是建筑物三维坐标系到相机三维坐标系所经过的刚体变换中的平移距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于单相机无标靶的建筑物全局位移监测方法，其特征在于所述目标跟踪算法为模板匹配算法、特征点匹配算法或者光流估计算法。

4.根据权利要求1所述的一种基于单相机无标靶的建筑物全局位移监测方法，其特征在于所述步骤一中摄像机为定焦摄像机或变焦摄像机，所述变焦摄像机焦距和视场角参数固定。