[发明专利]一种大型结构的三维动态在线测量装置及其测量方法

摘要

本发明公开了一种大型结构的三维动态在线测量装置及其测量方法。本发明采用多组摄像机组，每组摄像机组包括两个拍摄角度不同的摄像机，能够测量大型复杂结构的三维全场变形情况，能实时观察全场的变形情况，并能在试验结束后分析摄像机每一帧的变形场；通过对摄像机组公共成像区域的进行拟合拼接的方法，将每组摄像机的结果统一到一个坐标系中，可以根据需要增加摄像机组的数量，可测量各种大型的结构，能测量出结构全场的三维坐标与变形场；通过边缘检测、特征点提取与极线拟合的方式来测量曲面结构表面的缝隙距离，可实现对视场所有缝隙距离的同时测量；在测量过程中不需对结构进行改动，无需接触结构，变形场与缝隙距离能同时进行。

主权项

1.一种大型结构的三维动态在线测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：多组摄像机组、触发控制器、同步源和图像采集处理系统；其中，每一组摄像机组包括两个摄像机，所述两个摄像机的成像区域相同但成像角度不同；每一个摄像机通过数据线分别连接至触发控制器和图像采集处理系统；所述同步源连接至触发控制器；相邻的两个摄像机组存在拍摄的公共成像区域；在大型结构表面具有特征标记；在每一个公共成像区域内存在至少两个特征标记，公共成像区域内的特征标记作为标定点；在加载前，每个摄像机组进行三维立体标定，并通过公共区域内的标定点，完成相邻的摄像机组的坐标变换；每个摄像机组拍摄各自成像区域内的图像，并传输至图像采集处理系统中，形成原始分析图像；对大型结构进行加载，同步源为触发控制器提供触发信号，触发控制器控制每一组摄像机组中的摄像机同步拍摄，图像传输至图像采集处理系统；图像采集处理系统通过双目立体视觉原理，通过事先形成在大型结构表面的特征标记，形成各自成像区域的三维变形场，再利用坐标变换统一到一个坐标系中，建立统一的大型结构的三维变形场；或者，图像处理系统对每一组的摄像机组采集的图像进行边缘提取，并通过坐标变换统一到一个坐标系中，从而分析缝隙的变形情况；其中，在加载前，每个摄像机组进行三维立体标定，并通过公共区域内的标定点，完成相邻的摄像机组的坐标变换包括：a)两个摄像机同时采集一组图像，记录多组图像；b)根据相机标定算法计算摄像机组的内部参数和外部参数，其中内部参数为摄像机的焦距，像素中心点的位置及摄像机的畸变，外部参数为两个摄像机机的相对空间位置关系包括平移与旋转，通过标定求得了每组摄像机的内外参数；c)对于两组摄像机组的公共成像区域，通过公共区域内的点的坐标X1和X2，得到两组相机坐标系的平移矩阵T和旋转矩阵R，其中，R为两个坐标系间的旋转矩阵，T为平移矩阵，X1和X2分别为同一点在两个相机组中的坐标。