基于数字图像测量的三维运动测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于目标=维运动测量技术领域，特别是用于工程建(构)筑物的=维动态 测量技术领域，具体设及一种基于数字图像测量的=维运动测量系统。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的不断发展，应用于农业、医疗、工业、交通W及军事等领域的运动 检测、测量设备需要越来越高的精度和智能。=维运动测量在各个领域中得到了长足的发 展，现已经广泛地应用在建筑结构、机械、电子工业、交通监控、体育运动、虚拟现实等=维 运动中。
[0003] 随着数码设备不断的更新换代，用于采集图像的摄像机分辨率可W达到千万像 素，采样频率也不断提高，运为图像识别技术的发展与应用提供了很好的硬件保障。数字图 像测量是一种非接触的自动获取目标空间位置信息的方法，通过对数字图像采集、图像处 理W及对目标空间位置信息进行映射等过程，达到测量目标点的运动信息的目的。试验现 场安装方便、操作简单、无需特别的测量经验即可W完成对目标点的位移信息的测量。
[0004] 数字图像在二维状态下的测量已经非常成熟，测试精度、稳定性方面等均在现有 的工程项目中得到了验证。但是由于现实中大部分物体的运动都是在=维状态下的运动情 况，如果简单的通过两个正交的二维运动去表示出一个点的=维运动的情况，误差较大，运 是由于高精度的图像测量方法只能测量面内运动，对于=维测量需要增加一个正交的平 面，两个平面所测量的位移并不是同一个点的位移，将两者简单的认为是一个点的=维运 动就会带来误差，运就大大降低了数字图像测量的精度。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提出了一种=维运动测量系统，其基于数字图像测量技术设计 出一种=维标志牌，保证了两个摄像机能够测量同一目标点，从而提高了测量精度。
[0006] 具体地，本发明提出的一种基于数字图像测量的=维运动测量系统，包括中控电 脑、安装于目标物体对应位置上的=维标志牌W及测量所述=维标志牌的摄像机组;所述 =维标志牌包括二维平面标志牌和单面镜，所述二维平面标志牌用于贴附在目标物体对应 位置上，所述单面镜的镜面与所述二维平面标志牌相对且两者的夹角为45%所述摄像机组 包括第一摄像机和第二摄像机;所述第一摄像机安装在所述单面镜的透光面方向上，其透 过所述单面镜测量所述二维平面标志牌的运动;所述第二摄像机安装在所述单面镜的镜面 方向上，其测量在单面镜中二维平面标志牌成像的运动;所述中控电脑分别与所述第一摄 像机和第二摄像机通讯连接，其根据所述第一摄像机和第二摄像机的测量结果，计算所述 目标物体上目标点的=维运动。
[0007] 在本发明的进一步优选方案中，所述二维平面标志牌上具有若干个特征点和一个 中屯、特征点，所述中屯、特征点位于各特征点的中间位置且与所述目标点对应，所述中控电 脑通过计算所述中屯、特征点的立维运动确定所述目标点的立维运动。
[0008] 在本发明的进一步优选方案中，所述特征点为四个，四个特征点W及所述中屯、特 征点整体呈"十"字分布。
[0009] 在本发明的进一步优选方案中，所述第一摄像机和第二摄像机均为像素至少为 640 X 480的数字摄像机。
[0010] 在本发明的进一步优选方案中，W所述二维平面标志牌所在的平面为YOZ直角坐 标系平面，W所述单面镜中二维平面标志牌成像所在平面为YOX直角坐标系平面;所述中屯、 特征点的位移为yi、zi，其绕y轴的转角弧度为01;所述中屯、特征点在所述单面镜的成像点的 位移为X2、y2,其绕Z轴的转角弧度为丫 2;所述中屯、特征点到所述二维平面标志牌所在平面 和所述单面镜所在平面的相交线的距离为D;
[0011] 所述中屯、特征点对应的目标点的=维运动位移计算如下：
[0012] y' '= Ji、.Z '= .?, X '= 乂2 + 2D sin Y + D sin y] tan y]。
[0013] 在本发明的进一步优选方案中，所述第一摄像机和第二摄像机的图像分辨率为 1280X1024，所述中屯、特征点到四个特征点的距离均为L，且L = 1 cm，D = 1.25cm。
[0014] 在本发明的进一步优选方案中，所述第一摄像机和第二摄像机的Y轴方向和Z轴方 向的位移测量精度为0.0 lmm，其转动测量精度为2分。
[0015] 在本发明的进一步优选方案中，当Y轴的转角为5°时，对X轴方向位移进行修正后 其精度为0.1 mm;当Y轴的转角为10°时，对X轴方向位移进行修正后其精度为0.2mm。
[0016] 在本发明的进一步优选方案中，所述目标点的旋转角小于所需的测量精度对应的 限定角度。
[0017] 在本发明的进一步优选方案中，所述目标点的最大扭转角度不大于10%所述中控 电脑在计算时选择结构旋转角度较小的方向作为Y轴。
[0018] 本发明至少具备W下有益效果：
[0019] 1、本发明基于数字图像测量技术设计出一种=维标志牌，所述=维标志牌包括二 维平面标志牌和单面镜，使得第一摄像机和第二摄像机能够测量同一目标点的=维运动， 简化了测量现场的安装与调试过程，同时大大提高了测量精度。
[0020] 2、本发明具有精度高、非接触等优势，可对建(构）筑物的各个目标点进行=维运 动测量，也可广泛应用于其他=维运动测量。
【附图说明】
[0021] 图1是实施例提出的基于数字图像测量的S维运动测量系统的结构原理示意图。
[0022] 图2是图1中二维平面标志牌上特征点及中屯、特征点分布示意图。
[0023] 图3是图1的整体测量原理示意图。
[0024] 图4是图3中第一摄像机的测量原理示意图。
[0025] 图5是图3中第二摄像机的测量原理示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图W及实施例对本发明进行进一步 描述。
[0027] 实施例
[0028] 请参阅图I和图2,本实施例提出的一种基于数字图像测量的=维运动测量系统， 包括中控电脑、安装于目标物体对应位置上的=维标志牌W及测量所述=维标志牌的摄像 机组;=维标志牌包括二维平面标志牌和单面镜，所述二维平面标志牌用于贴附在目标物 体对应位置上，所述单面镜的镜面与所述二维平面标志牌相对且两者的夹角为45%所述摄 像机组包括第一摄像机和第二摄像机;所述第一摄像机安装在所述单面镜的透光面方向 上，其透过所述单面镜测量所述二维平面标志牌的运动;所述第二摄像机安装在所述单面 镜的镜面方向上，其测量在单面镜中二维平面标志牌成像的运动;所述中控电脑分别与所 述第一摄像机和第二摄像机通讯连接，其根据所述第一摄像机和第二摄像机的测量结果， 计算所述目标点的=维运动。
[0029] 为了提高精确度，本实施例中所述二维平面标志牌上具有若干个特征点和一个中 屯、特征点，特征点的数量具体优选为四个，所述中屯、特征点位于四个特征点的中间位置，整 体呈"十"字分布，如图2所示，四个特征点分别为点"2"、"3"、"4"、"5"，中屯、特征点为点"r 左右两个特征点的中屯、间距为L24,上下两个特征点的中屯、间距L35。所述中屯、特征点的位 置与所述目标点对应，所述中控电脑通过计算所述中屯、特征点的=维运动确定所述目标点 的=维运动。
[0030] 本实施例中，所述第一摄像机和第二摄像机均为像素至少为640 X 480的数字摄像 机。
[0031] S维运动测量系统原理
[0032] 请参阅图3,图3中的二维平面标志牌上具有整体呈"十"字分布的四个特征点（点 "2"、"3"、"4"、"5")和一个中屯、特征点（点"1");单