[发明专利]基于数字图像测量原理的建筑模板施工监测系统

摘要

本发明涉及一种基于数字图像测量原理的建筑模板施工监测系统。包括中控电脑、双目摄像机单元、激光测距单元和预警单元；所述双目摄像机单元的两台摄像机以预定的时间间隔拍摄模板的数字图像，并将图像传输给中控电脑进行处理、计算及分析；所述激光测距单元测量激光测距仪到被拍摄模板的距离，并实时传输给中控电脑；中控电脑对数字图像进行特征点识别，并根据两台摄像机所拍摄图像中同一特征点的视差，计算出被拍摄模板各特征点的三维变形量以及该被拍摄模板的运动趋势。本发明系统采用无接触式的图像测量方法，仪器操作简单，实时给出模板变形情况，且对模板可能出现的情况作出预判，因此，可以在建筑施工过程中广泛使用。

主权项

一种基于数字图像测量原理的建筑模板施工监测系统，其特征在于：包括中控电脑及与该中控电脑连接的双目摄像机单元、激光测距单元和预警单元；所述双目摄像机单元包括两台摄像机，两台摄像机的光轴是平行的，且两台摄像机的水平距离为d；所述两台摄像机以预定的时间间隔拍摄模板的数字图像，并将图像传输给中控电脑进行处理、计算及分析；所述激光测距单元为一激光测距仪，该激光测距仪设置于第一摄像机和第二摄像机连线中点处，且激光测距仪的光心与两台摄像机平行；所述激光测距单元用于测量激光测距仪到被拍摄模板的距离，并实时传输给中控电脑；该监测系统采用激光测距单元进行系统标定：两台摄像机拍摄图像后，在两台摄像机中均有激光测距仪射出的光点，通过匹配两个图像的光点作为特征点，激光测距仪射出的光点在世界坐标系下的坐标为(d/2,0,z0)，其中z0为激光测距仪测量得到的距离，根据光点的坐标，对系统的参数进行标定；在进行系统标定和测量时，每次测量前系统自动标定，以确保摄像机的内参数和外参数均不再发生变化；所述中控电脑对数字图像进行特征点识别，并根据所述两台摄像机所拍摄图像中同一特征点的视差，计算出被拍摄模板各特征点的三维坐标，对比各个时刻的三维坐标得到三维变形量以及该被拍摄模板的运动趋势；所述对数字图像进行特征点识别是基于图像摄影技术对被拍摄模板进行实时数字化处理的过程，其具体实现过程如下：步骤S1：将两台摄像机所拍摄模板的数字图像均以M×N数组形式存储于所述中控电脑中，并在两台摄像机的两个成像平面上分别建立第一图像平面坐标系O1‑U1V1和第二图像平面坐标系O2‑U2V2，第一成像平面和第二成像平面分别位于第一摄像机和第二摄像机的焦距f处；步骤S2：分别以第一摄像机的光心和第二摄像机的光心为原点建立第一摄像机坐标系xcyczc和第二摄像机坐标系xc2yc2zc2，并选择第一摄像机坐标系xcyczc作为世界坐标系，其中，xc轴和yc轴分别与U1轴和V1轴平行，zc轴为第一摄像机的光轴，垂直于第一成像平面并经过第一图像平面坐标系原点O1处，xc2轴和yc2轴分别与U2轴和V2轴平行，zc2轴为第二摄像机的光轴，垂直于第二成像平面并经过第二图像平面坐标系原点O2处；步骤S3：设两台摄像机的投影中心的连线距离为d，取被拍摄模板上任意一点P，则其在第一摄像机和第二摄像机所拍摄图像的成像坐标分别为P1(u1,v1)和P2(u2,v2)，设点P在第一摄像机坐标系中的坐标为(xc,yc,zc)，由几何关系可得：u1=fxczc,]]>v1=fyczc,]]>u2=fxc-dzc,]]>v2=fyc2zc2,]]>zc2＝zc，步骤S4：该点P在第一摄像机和第二摄像机所拍摄图像中相应点的位置差，即视差为：b＝u1‑u2，由此计算出被拍摄模板上点P在第一摄像机坐标系xcyczc的三维坐标：xc=d·u1b,]]>yc=d·v1b,]]>zc=d·fb;]]>步骤S5：根据第一摄像机和第二摄像机中被拍摄模板各特征点的视差，可得各特征点在该时刻的三维坐标，通过与模板前一时刻的三维坐标比较即可得被拍摄模板的位移量，进而计算出被拍摄模板各特征点的三维变形量以及该被拍摄模板的运动趋势；所述被拍摄模板上的各特征点为在被拍摄模板上喷涂的斑点图案，以便于特征点的识别及匹配。