3)
[0052] 其中，f为摄像仪器的焦距。
[0053] 根据匹配好的左右相机图像的特征点，计算出视差，就可W得到该点在Ξ维空间 坐标。该方法具有模型简单、计算方便的优点。
[0054] 另一个实施例中，在上述步骤S120中可W使用交汇式双目视觉视觉测量原理，利 用上述铁塔发生变形前后的图像和两个上述摄像装置的视场范围内的空间中多个设定点 的世界坐标，计算得到上述铁塔上的监测点在上述铁塔发生变形前后的位移。
[0055] 图5是本实用新型一实施例中交汇双目视觉测量原理的示意图。如图5所示，交汇 式双目视觉视觉由拍摄方向成一定角度的两个摄像仪器构成。〇1和Or表示左右两个摄像仪 器镜头的光屯、。空间中的任一点A在左右两个摄像仪器祀面Cl和Cr上投影的像点为曰1(山，VI) 和ar(Ur，Vr)，即为图像坐标。其中，左摄像仪器祀面Cl的图像坐标系原点为01，右摄像仪器祀 面Cr的图像坐标系原点为Or。连接像点曰1(山，VI)和ar(Ur，Vr)与它们各自摄像仪器镜头的光 屯、〇1和Or得到投影线aiOi和曰化。运两条投影线的交点为空间中的物点A。根据摄像仪器的透 镜映射关系，通过两条投影线曰1化和arOr的交点可W确定出目标物点A的位置，即世界坐标 (Χ，Υ，Ζ)。其中，点A的世界坐标W0点为坐标原点。摄像仪器的投影映射关系和投影线的角 度可分别由摄像仪器的内部参数和外部参数来确定。
[0056] 根据针孔摄像机模型，采用齐次坐标，数字图像坐标系与相机坐标系关系如下：
[0059]公式(4)中，u，v是A点在图像坐标系上的像素坐标，f为拍摄器材的透镜焦距。u〇，vo 为图像中屯、在拍摄仪器坐标系（例如相机坐标系）中的位置。焦距值fx是物理焦距长度和单 个图像单元长度山之间的乘积，类似地，焦距值fy是物理焦距长度和单个图像单元长度dy之 间的乘积，焦距值fx、焦距值fy、摄仪器坐标U0及摄仪器坐标系V0可被称为拍摄仪器的内部 参数。根据拍摄仪器的小孔成像模型，空间中的点A(X，Y，Z)与其像点(x，y，z)的关系可W用 拍摄仪器的外部参数来表示，即世界坐标系和相机坐标系的转换关系可为：
[0062] 公式（5)中的系数矩阵[r t]可通过拍摄仪器中内部参数和设定点的已知空间坐 标系进行标定。
[0063] 将公式(4)和公式(5)结合在一起，可W得到：
[0064] (6)
[0065] 本实用新型实施例中，根据多个摄像仪器拍摄的图像，依据公式(6)可W得到多个 矩阵方程，根据运些矩阵方程，即双目视觉测量原理，可W由监测点的图像坐标求得其世界 坐标。
[0066] 当多个摄像机进行交汇组成系统时，可W得到2i个方程，从而组成超定方程组，运 样可W用最小二乘法对方程进行求解得到空间物点的坐标。通常，将(6)中两个变换矩阵的 乘积记为投影矩阵H，即：
[0067]
[0068] 本实用新型实施例中，在使用相关方法进行特征点匹配的过程中，首先要拍摄同 一时刻的两幅数字图像，一幅作为参照图像，另一幅作为匹配图像。参照图像和匹配图像的 灰度分布分别为f(x，y)与g(x，y)。通过在匹配图像中捜索与参照图像中的一块W特征点/ 监测点为中屯、的（2M+1)X(2M+1)大小的子区相似程度最高的子区来计算特征点的位移。两 块子区的相似程度用相关函数来定义。相关函数的表达式可为：
[0069] (8)
[0070] -个实施例中，所有上述的世界坐标系W上述铁塔上的一节点为原点。本实用新 型实施例中，W上述铁塔上的一节点为原点可W简化上述位移的计算。
[0071 ] -个具体实施例中，首先，在铁塔前方一定距离分别架设两台相机;然后，将两台 相机连接至图形才装置，将图像采集装置连接至计算机;之后在计算机上观察两台相机的 成像效果，调整云台使铁塔位于图像中央，调整相机放大倍数和焦距，使成像清晰;进而，随 机选取铁塔上的若干节点，使用激光定位装置确定运些关键点的空间坐标，如表1所示，并 将运些节点与两台相机所拍摄的两幅图像中的图像坐标相对应(如表1所示），进一步标定 出两台相机的空间参数(如表2所示），其中，包括相机空间坐标和与空间坐标系坐标轴的夹 角。在铁塔上选取监测点，计算机自动计算监测点空间坐标，如表3所示;使用计算机控制相 机，同步拍摄铁塔变形过程图像，并计算所测量点的位移情况，如表4至表12所示。
[0072]
[0073] 表1相机空间参数标定点坐标和图像坐标
[0074]
[0082] 表5测点2的位移测量结果
[0083]
[0088] 表8测点5的位移测量结果
[0089]
[009引表11测点8的位移测量结果
[0096]
[0097] 表12测点9的位移测量结果
[0098] 本实用新型的铁塔变形测量装置，使用光学原理进行测量，能够进行无损非接触 测试，能够测到铁塔各节点Ξ维变形，能够提供相机取景范围内所有节点的测量数据，从而 分析结构变形的全场分布情况。本实用新型实施例的铁塔变形测量装置，可W用于静态测 试，也可用于动态测试，适用范围更广，而且具有操作方便快捷、便携性好的优点。
【主权项】
1. 一种铁塔变形测量装置，其特征在于，所述装置包括:第一摄像装置、第二摄像装置、 图像采集装置及处理器； 所述第一摄像装置和所述第二摄像装置设置在不同的位置，均用于拍摄一铁塔发生变 形前后的图像； 所述图像采集装置与所述第一摄像装置及所述第二摄像装置分别连接，用于采集所述 第一摄像装置和所述第二摄像装置拍摄的所述铁塔发生变形前后的图像； 所述处理器与所述图像采集装置连接，接收所述铁塔发生变形前后的图像，并输出所 述铁塔上的监测点在所述铁塔发生变形前后的位移。2. 如权利要求1所述的铁塔变形测量装置，其特征在于，所述装置还包括:定位装置，用 于测定两个所述摄像装置的视场范围内的空间中多个设定点的空间坐标。3. 如权利要求2所述的铁塔变形测量装置，其特征在于，所述定位装置为全站仪。4. 如权利要求1所述的铁塔变形测量装置，其特征在于，所述第一摄像装置和所述铁塔 之间的连线与所述第二摄像装置和所述铁塔之间的连线呈一设定夹角。5. 如权利要求1所述的铁塔变形测量装置，其特征在于，所述第一摄像装置包括:第一 数字拍摄仪器、第一云台及第一三脚架： 其中，所述第一云台安装于所述第一三脚架上，所述第一数字拍摄仪器安装于所述第 一云台上;所述第一云台用于调整所述第一摄像装置的拍摄方向及角度;所述第一数字拍 摄仪器为数字相机或数字摄像机。6. 如权利要求1至5任一项所述的铁塔变形测量装置，其特征在于，所述第二摄像装置 包括:第二数字拍摄仪器、第二云台及第二三脚架； 其中，所述第二云台安装于所述第二三脚架上，所述第二数字拍摄仪器安装于所述第 二云台上;所述第二云台用于调整所述第二摄像装置的拍摄方向及角度;所述第二数字拍 摄仪器为数字相机或数字摄像机。
【专利摘要】本实用新型提供了一种铁塔变形测量装置，所述装置包括：第一摄像装置、第二摄像装置、图像采集装置及处理器；所述第一摄像装置和所述第二摄像装置设置在不同的位置，均用于拍摄一铁塔发生变形前后的图像；所述图像采集装置与所述第一摄像装置及所述第二摄像装置分别连接，用于采集所述第一摄像装置和所述第二摄像装置拍摄的所述铁塔发生变形前后的图像；所述处理器与所述图像采集装置连接，接收所述铁塔发生变形前后的图像，并输出所述铁塔上的监测点在所述铁塔发生变形前后的位移。本实用新型的装置能够无损、准确、方便、快捷地测试铁塔的变形情况。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN205300519
【申请号】
【发明人】贾海坤, 张东英, 张磊, 李凤辉, 徐德录, 王慧, 丁丁, 郁芳婧, 赵宁
【申请人】北京国网富达科技发展有限责任公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月3日