[发明专利]一种基于单目三维视觉的桥梁挠度测量方法

权利要求书

1.一种基于单目三维视觉的桥梁挠度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取相机和镜头的出厂参数；

2)根据实验现场要求，在三个以上成像视角下采集标定图像；

3)固定最后一个标定图像的成像位置作为相机测量位置，采集参考图像和变形图像；

4)对步骤2)和步骤3)中相机采集的图像进行特征点检测与匹配，剔除异常匹配点；

5)以步骤4)特征点的匹配结果为初值进行模板匹配；

6)根据步骤1)中相机和镜头的出厂参数与步骤5)的模板匹配结果，以测量位置相机的光心为世界坐标系的原点，采用摄影测量方法，优化计算相机内参、镜头畸变、标定位置相机坐标系相对于测量位置相机坐标系的外参以及匹配点的三维空间坐标；

7)根据步骤6)得到的匹配点三维空间坐标，以待测桥梁平面内某一点为原点，以桥梁的纵向为x轴，过该点的桥梁横截面与待测平面的交线为y轴，平面外法线方向为z轴，建立桥梁世界坐标系，确定桥梁世界坐标系相对于测量位置相机坐标系的外参；

8)根据待测平面内已知距离的两点或者激光测距仪的测量结果，确定世界坐标系相对于测量位置相机坐标系的外参中平移向量的尺度信息；

9)根据步骤8)得到的含有尺度信息的桥梁世界坐标系相对于测量位置相机坐标系的外参，根据相机平面与被测平面之间投影矩阵和变形前后的图像坐标，计算待测平面的桥梁挠度。

2.根据权利要求1所述的基于单目三维视觉的桥梁挠度测量方法，其特征在于，步骤1)中所述出厂参数包括相机图像分辨率、像元尺寸和镜头焦距。

3.根据权利要求1所述的基于单目三维视觉的桥梁挠度测量方法，其特征在于，步骤4)采用SIFT、SURF或ORB特征点检测与匹配算法识别和追踪变形前后图像上的对应点。

4.根据权利要求1所述的基于单目三维视觉的桥梁挠度测量方法，其特征在于，步骤5)中，以步骤4)的特征匹配结果为搜索初值，在参考图像与变形图像的待测区域内，采用归一化最小平方距离相关函数进行模板匹配。

5.根据权利要求1所述的基于单目三维视觉的桥梁挠度测量方法，其特征在于，步骤6)采用摄影测量方法中的自标定光束平差法以每个光束作为基本平差单元，在全区域内统一进行平差处理，具体步骤如下：a)根据每对匹配点与相机在两个位置的光心连线的共面特性，对每对匹配点建立一个共面方程，得到一个联立的方程组；b)根据步骤a)中联立的方程组列出优化目标函数，使用非线性优化算法优化求解相机内参、镜头畸变、标定位置相机坐标系相对于测量位置相机坐标系的外参以及匹配点的三维空间坐标。

6.根据权利要求1所述的基于单目三维视觉的桥梁挠度测量方法，其特征在于，步骤7)采用三点法进行世界坐标系变换。