[发明专利]基于双目视觉隧道仰拱变形监测预警方法及其预警系统

权利要求书

1.一种基于双目视觉隧道仰拱变形监测预警方法，其特征在于，包括：

步骤1、CCD双目摄像机通过摄像模型进行标定；

步骤2、CCD双目摄像机采用摄像机理想线性模型获取隧道仰拱监测点坐标；

步骤3、CCD双目摄像机将隧道仰拱监测点坐标发送至计算机与预先设定的阈值坐标进行比较判断隧道仰拱变形。

2.根据权利要求1所述的基于双目视觉隧道仰拱变形监测预警方法，其特征在于，步骤1所述CCD双目摄像机通过摄像模型进行标定包括：

步骤1.1、利用CCD双目摄像机对准一张贴于平板上黑白间距相等的棋盘格作为标定板进行拍照获取摄影图片，通过每张摄影图片和黑白间距相等的棋盘格获取每一张摄影图片对应的物点坐标(X,Y,Z)和像点坐标(u,v)，将物点坐标和像点坐标分别转换为齐次坐标(X,Y,Z,1)和(u,v,1)；

步骤1.2、利用投影几何关系建立起物点与像点的对应关系，如下式(1)：

式中，s为尺度因子，H为单应性矩阵，标定板上物点坐标中高度Z取数值为0，则物点与像点的对应关系如下式摄像模型(2)

步骤1.3、将物点坐标和像点坐标代入摄像模型获取单一性矩阵，通过单一性矩阵获取每一张摄影图片对应的内参数矩阵和外参数矩阵；

步骤1.4、通过获取的每一张摄像图片对应的内参数矩阵、外参数矩阵以及物点坐标获取经过参数校准的像点坐标，利用CCD双目摄像机获取的像点坐标采用最大似然估计值模型计算最小代数距离，通过最小代数距离确定CCD双目摄像机最优的内参数矩阵和外参数矩阵，最大似然估计值模型如下式(3)：

式中，m_ij表示CCD双目摄像机获取的像点坐标，表示经过参数校准的像点坐标，其中，A表示内参数矩阵，R_i表示外参数旋转矩阵，t_i表示外参数平移向量，M_j表示物点坐标。

3.根据权利要求1所述的基于双目视觉隧道仰拱变形监测预警方法，其特征在于，步骤2所述CCD双目摄像机采用摄像机理想线性模型获取隧道仰拱监测点坐标包括：

步骤2.1、校准后的CCD双目摄像机拍摄标志点获取像点坐标分别为P₁(u₁,v₁)和P₂(u₂,v₂)；

步骤2.2、将P₁(u₁,v₁)和P₂(u₂,v₂)分别代入摄像机理想线性模型获取标志点对应的多个物点坐标，对多个物点坐标采用最小二乘法计算出满足标志点对应的一个物点坐标P(X,Y,Z)，摄像机理想线性模型如下式(4)：

式中，Z_C为相机像面到物沿光轴的距离，P为投影矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于双目视觉隧道仰拱变形监测预警方法，其特征在于，所述投影矩阵按下式(5)获取：

P＝A[r₁,r₂,t] ……(5),

式中，[r₁,r₂,t]表示为相机外参数矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于双目视觉隧道仰拱变形监测预警方法，其特征在于，步骤3所述CCD双目摄像机将隧道仰拱监测点坐标发送至计算机与预先设定的阈值坐标进行比较判断隧道仰拱变形包括：

步骤3.1、CCD双目摄像机将隧道仰拱检测的标志点对应的物点坐标P(X,Y,Z)发送至计算机；

步骤3.2、操作人员在计算机上设置阀值坐标，当物点坐标P(X,Y,Z)超过阀值坐标时，报警装置报警，否则，对标志点进行实时采集发送至计算机进行监测。

6.一种基于双目视觉隧道仰拱变形监测预警系统，其特征在于，包括：滑动槽、连接杆、集成盒、无线数据存储传输装置、CCD双目摄像机、红外灯、数据接收装置、计算机、报警装置、电源和电线，其中，隧道侧面中线设置有滑道槽，滑动槽上滑动连接有连接杆，连接杆与集成盒固定连接，集成盒内设置无线数据存储传输装置，集成盒外固定有CCD双目摄像机和红外灯；电源、集成盒、无线数据存储传输装置、CCD双目摄像机和红外灯通过电线电性连接；无线数据存储传输装置通过无线信号方式与数据接收装置进行信号传输，数据接收装置、计算机、报警装置、电源通过电线电性连接。