[发明专利]一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法

权利要求书

1.一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过双目视觉测量系统中的两台高速相机获取待测岩石在单轴压缩下的破裂过程的序列影像并存储；

2)在序列影像解析过程中，通过亚像素级跟踪匹配方法计算散斑兴趣区中的序列同名像点坐标，并经过摄影测量解析算法获取待测岩石表面在单轴压缩下的时序三维点云数据，具体包括以下步骤：

21)高速相机的立体标定：通过基于平面板的标定方法同时获取高速相机的内方位元素和外方位元素；

22)散斑影像预处理：在序列影像中选取散斑兴趣区并在兴趣区中确定目标点；

23)同名点匹配：具体采用由粗到精的匹配方式，将两个高速相机同时采集的影像作为匹配对象，首先通过计算归一化相关系数确定整像素级的粗略点位，然后通过最小二乘匹配方法确定亚像素级的精确点位，其中，最小二乘匹配方法以归一化相关系数最大为目标函数，考虑左右影像间的仿射畸变模型，利用窗口内的灰度信息和位置信息进行平差处理，最终获得精确匹配点位，另外，通过确定局部搜索区域以加快匹配速度，先确定左影像的一个目标点在左兴趣区中的位置关系，然后获取该同名点在右兴趣区中的大致范围，以此决定影像匹配搜索区域；

24)目标跟踪匹配：以高速相机采集的序列影像的前后帧影像作为匹配对象，获取目标点在序列影像中的时序二维像点坐标；

25)三维点云重建：根据匹配后的每对同名点的像点坐标以及标定后的内方位元素和外方位元素，通过基于共线方程的前方交会获取序列影像中同名目标点的时序三维点位坐标；

3)针对序列三维点云的时空序列分析，获取待测岩石裂缝的三维形变参数，包括位移、速度、加速度和应变场，通过对时序三维点位坐标的差分获取位移数据，将位移数据在时间上进行一次微分和二次微分，分别获得速度数据和加速度数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述的双目视觉测量系统中的高速相机为工业相机，通过同步控制器保持影像采集同步。

3.根据权利要求2所述的一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法，其特征在于，所述的两台高速相机水平放置，并且采用交向摄影方式拍摄，以此到达增加影像重叠覆盖率的目的。

4.根据权利要求1所述的一种基于高速视频测量的岩石裂缝扩展实验监测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，在待测岩石上喷涂散斑区域，具体为：

待测岩石表面打磨至平整，在观测表面喷涂白色的哑光漆，并进行风干，在观测表面随机并均匀地喷洒黑色哑光漆或黑色墨水，形成散斑，将整个散斑区域作为散斑兴趣区，将散斑作为目标点。