[发明专利]一种基于双目视觉的坝体表面位移非接触性测量方法

摘要

本发明公开了一种基于双目视觉的坝体表面位移非接触性测量方法，属于大坝表面位移监测领域，涉及到一些数字图像处理。该方法主要利用双目视觉三维测量技术，首先在坝体表面设置人工标志体；接下来采用双目相机采集坝体表面图像；然后利用图像处理方法如：图像灰度化、图像增强、中值滤波、图像分割、边缘检测以及最小二乘椭圆拟合算法等；再通过张正友标定法获得双目相机标定内外参数和两相机坐标系之间的转换关系；最后利用双目相机三维测量原理获得坝体表面标志体空间三维坐标，利用同一标志体在不同时刻的空间坐标间接求得坝体表面位移。本发明将双目视觉三维测量技术应用到坝体表面位移测量，该方法具有成本低、测量精度较高等优点。

主权项

1.一种基于双目视觉的坝体表面位移非接触性测量方法，其特征在于，包括坝体图像采集部分、坝体图像预处理部分、坝体图像标志体提取定位部分、相机标定部分、三维测量部分，其中：坝体图像采集部分包括：人工设置标识体、型号相同两个工业相机、三角支架、数据传输网线、供电电源、笔记本电脑。在坝体表面固定人工设置的标识体，两工业相机组成双目相机连接到笔记本电脑，将采集到的坝体图像传输到笔记本电脑。笔记本电脑采用matlab软件，提供人机交互界面，接受双目相机采集到的图像、并保存下来，便于后续处理。供电电源采用大容量聚合物锂电池，为双目相机提供稳定的供电电源。坝体图像预处理部分包括：对采集的坝体图像进行图像灰度化、图像增强、图像去噪处理操作。图像灰度化可以在不损失图像主要信息条件下减少图像占用空间，增加后期图像处理速度。图像增强使图像中的主要信息更突出。图像去噪处理用于去除图像中的高斯噪声与椒盐噪声，获得清晰目标图像，便于后期图像处理操作。坝体图像标志体提取定位部分包括：对坝体图像预处理后，通过图像分割、数学形态学操作、边缘检测和最小二乘椭圆拟合算法对坝体图像标志体进行像素坐标定位。图像分割将图像中背景与目标分割出来，计算不同目标区域面积大小，提取出图像中的标志体面积区域。数学形态学操作使提取出的标志体区域边缘更圆滑。边缘检测用于检测出图像中各个标志体的边缘。最小二乘椭圆拟合算法是通过最小二乘结合椭圆拟合的方法获得标志体的中心点像素坐标，即完成标志体像素坐标定位。同时对图中标志体按照一定顺序进行编号。相机标定部分包括：左右相机标定、立体标定。左右相机标定主要是通过标定获得图像像素坐标与空间三维坐标的转换关系，即获得相机的内外参数。立体标定主要是获得左右相机坐标系之间的转换关系，即平移矩阵和旋转矩阵。三维测量部分包括：双目相机三维测量的一般模型。在坝体图像处理获得左右图像中标志体像素坐标，相机标定获得左右相机内外参数和两相机坐标系之间转换关系后。可以利用双目相机的三维测量原理获得标志体的空间三维坐标。依据同一标志体在不同时刻空间坐标，可以求出标志体位移大小，进而获得坝体表面位移大小。