[发明专利]一种基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统的测量方法

说明书

本发明公开了一种基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统及其测量方法。步骤1：在结构表面粘贴圆靶标，以圆靶标中心为测点，布置至少三个测点；步骤2：使用棋盘格标定方法对视觉测量系统进行标定；步骤3：利用两台相机捕捉靶标运动；步骤4：将步骤3捕捉的标靶运动进行像点坐标优化；步骤5：完成结构六自由度测量。为了解决传统测量方法在处理六自由度运动测量时，技术操作不便、测量精度不高、成本较高、应用性不高、操作复杂以及工程实用性不强的问题。

技术领域

本发明属于结构六自由度运动测量的技术领域；具体涉及一种基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统的测量方法。

背景技术

目前，测量方式可以分为接触式测量和非接触测量。拉线式位移计、百分表、线性可变差动变压式传感器等测量方法为常见的接触式测量方法，这些方法有很高的精度并有较高的可靠性，但是这些方法传感器布置麻烦、效率低，受场地和环境的影响大。当测量条件恶劣时，如构件变形剧烈、在高温或温度变化剧烈的环境下，接触式传感器的精度难以保证。

非接触测量不与构件直接接触，对结构影响小，测量效率高，能在复杂条件下稳定工作并提供较高精度，正成为学者们关注的热点。计算机视觉测量方法则是一种重要的非接触测量方法。视觉测量方法能提供丰富地测量信息，实现实时高精度测量，操作简单。现在，计算机技术和摄像技术越来越多地应用到测量领域。

在进行浪潮试验时，需要测量的六自由度运动，即测量结构的三维位移及三维转角。传统的测量方法难以获得结构的六自由度运动。而且试验中，结构需要布置在水面上，接触式传感器难以布置。

发明内容

发明的目的是为了解决传统测量方法在处理六自由度运动测量时，技术操作不便、测量精度不高、成本较高、应用性不高、操作复杂以及工程实用性不强的问题而提出的基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统的测量方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统的测量方法，所述测量系统包括两台相机和计算机，所述两台相机通过网线与计算机相连接，所述计算机与同步触发器相连接，通过计算机控制同步触发器向相机同步发送采集信号；

所述两台相机安装在三脚架上，使所述两台相机的画面中心对准待测结构。

一种基于双目视觉的结构六自由度运动测量系统的测量方法，所述测量系统的配置方法包括以下步骤：

步骤1：在结构表面粘贴圆靶标，以圆靶标中心为测点，布置至少三个测点；在测点前方布置两台相机，两台相机分别设置在测点左前方与测点右前方，测点在左侧相机与右侧相机的视场内；

步骤2：使用棋盘格标定方法对视觉测量系统进行标定；将棋盘格标定板布置在视场内，选定当标定板紧贴在结构表面时，此时棋盘格标定板所在的平面为结构参考面；

步骤3：利用两台相机捕捉靶标运动；采集运动图像，完成第一张图像中圆靶标的识别，并在运动过程中跟踪捕捉圆靶标运动，得到测点在左侧相机与右侧相机图像上的像素坐标；

步骤4：将步骤3捕捉的标靶运动进行像点坐标优化；由标定结果计算左侧相机与右侧相机匹配像点的对应极线，由极线方程对像点坐标进行优化，得到优化后像点坐标；

步骤5：完成结构六自由度测量；由优化后的像点坐标计算测点的三维位移，选择三个测点计算结构的三维转角，完成结构六自由度测量。

进一步的，所述步骤2具体为，由采集的标定图像计算视觉测量系统的左侧相机的内参数矩阵A_l，右侧相机的内参数矩阵A_r；左侧相机参考系转换到右侧相机参考系的旋转矩阵R_l2r与平移向量T_l2r；结构参考面转换到左侧相机参考系的旋转矩阵R与平移向量T；