[发明专利]基于双目视觉的远距离三维位移测量方法及系统

说明书

本发明提出了一种基于双目视觉的远距离三维位移测量方法及系统。该方法为：在待测物的待测点位上固定设置标记块，用两台相机从不同角度拍摄标记块；初始时，两台相机分别采集标记块的图像，获取标记块在两幅图像上共同可见顶点的初始像素坐标，得到任意两个顶点之间的像素坐标偏移量，根据两个顶点的实际空间相对位置，结合这两个顶点在两幅图像上的像素偏移量，通过多组点对数据得到像素偏移量与实际空间相对距离之间的关系矩阵；测量时，两台相机分别采集标记块的图像，获取各顶点的像素坐标，然后与初始像素坐标比较，得到标记块在两幅图像上的像素位移量，结合上述关系矩阵，得到标记块的实际空间位移量。该方法不需要标定相机的内外参数，测量精度高。

技术领域

本发明涉及测量领域，具体涉及一种基于双目视觉的远距离三维位移测量方法及系统。

背景技术

目前，基于视觉图像的位移测量装置，主要分为单目测量和双目测量两种。单目测量可用于一维测量和二维测量，三维测量精度较差，而双目测量主要是用于近距离的三维位移测量。

当前基于双目的三维测量方法基本都需要通过标定得到相机的内外参，然后通过目标在图像上的像素坐标反推得到三维坐标，根据三维坐标的变化从而计算位移。但是某些场景下，标定往往比较困难且标定精度难以保证，而且像素定位精度往往对结果影响很大。另外通过精密位移滑台实现的双目，室外部署困难，同时由于基线长度有限，难以实现远距离小位移测量。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双目视觉的远距离三维位移测量方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于双目视觉的远距离三维位移测量方法，包括以下步骤：

在待测物的待测点位上固定设置标记块，并用两台相机分别从不同角度对标记块进行图像采集，标记块上至少有4个非共面的顶点需同时出现在两台相机的视场内；

以标记块上的一个顶点为原点，建立世界坐标系；相机坐标系固定在相机上，以相机光轴方向为z轴,建立每台相机的相机坐标系；

初始时，两台相机分别采集标记块的图像，获取标记块在两台相机上共同可见的顶点的初始像素坐标，得到任意两个所述顶点之间的像素坐标偏移量，根据所述两个顶点的实际空间相对位置，结合所述两个顶点在两台相机所采集的图像上的像素偏移量，通过多组点对数据得到像素偏移量与实际空间相对距离之间的关系矩阵；

测量时，两台相机分别采集标记块的图像，获取各顶点的像素坐标，得到测量时各顶点相对初始时在图像中的像素位移量，以任意一个顶点的像素位移量作为标记块在图像上的像素位移量，或者，将部分或全部顶点的像素位移量求均值作为标记块在图像上的像素位移量；

根据标记块在图像上的像素位移量以及像素偏移量与实际空间相对距离之间的关系矩阵得到测量时标记块的实际位移量，即为待测点位的位移。

该方法实现基于双目的远距离三维位移测量，不需要标定相机的内外参数，简化了双目三维位移测量,测量精度高，且降低了传统现场施工难度以及测量成本。

该方法的优选方案：像素偏移量与实际空间相对距离之间的关系矩阵计算方法为：

根据两台相机采集到的n个同时可见且不共面的顶点的像素坐标，建立两台相机各自所采集的图像中所述n个顶点中任意两个顶点的像素距离差矩阵W以及所述任意两个顶点的实际距离差矩阵T：