(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210192702.9 (22)申请日 2022.03.01 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市拱 墅区潮王路 18号 (72)发明人 庄一舟　陈伟民　金涛　 (74)专利代理 机构 杭州天正专利事务所有限公 司 33201 专利代理师 楼明阳 (51)Int.Cl. G01B 11/16(2006.01) G06T 7/60(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 5/00(2006.01) H04N 5/232(2006.01) (54)发明名称 基于计算机视觉的土木工程结构多测点空 间位移实时测量方法 (57)摘要 基于计算机视觉的土木工程结构多测点空 间位移实时测量方法， 包括： 1)布置测点及架设 摄像机； 2)对摄像机进行参数调试并进行图像处 理； 3)标定双目相机； 4)实时测量多测点空间位 移。 本发明具有以下优点： (1)分布式测量： 监测 范围广、 能够同时测量结构表 面多个控制点的位 移； (2)三维测量： 通过两台相机同步测量， 可以 直观地反映结构 整体的三维空间变形情况(3)远 距离非接触： 通过相机拍摄图像并进行处理可以 直接获取测点位移； (4)低成本： 采用的相机和镜 头相对于GPS等传感器成本低， 布置便捷； (5)高 精度： 通过选用不同分辨率的相机和镜头， 可 以 实现高精度结构位移监测。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114608465 A 2022.06.10 CN 114608465 A 1.一种基于计算机视觉的土木工程结构多测点空间位移实时测量方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 布置测点及架设摄 像机； 首先选取整个建筑结构的控制点作为测点， 选取位置尽量为建筑结构四周， 在测点上 布置黑白棋盘格图案靶标和LED靶标， 并将黑白棋盘格图案靶标和LED靶标与建筑结构建立 刚性连接； 然后将两台摄像机分别架设在远离建筑结构的不同方向(使视线成一定夹角)， 使摄像机与稳定的地面建立刚性连接， 镜头对准建筑结构上预先布置的多个测点， 将摄像 机与无线控制器连接； 最后反复调整两台摄像机的空间交角、 调节摄像机的镜头焦距、 光圈 大小和放大倍数等使选 定的测点同时出现在两台摄 像机的视野中； 步骤二： 对摄 像机进行参数调试并进行图像处 理； 首先建立无线局域网， 将无线控制器接入无线局域网， 使两台摄像机通过TCP/IP协议 将数据传输到计算机端， 并同步两台摄像机的时钟； 然后调整两台摄像机的曝光时间和增 益值， 选用滤波对后续采集的图像进 行降噪处理， 去除噪声的同时不会删除图像中的细节， 可以防止边缘模糊， 能较好的保留图形边缘信息； 最后用Canny算子对每个黑白棋盘格图案 靶标和LED靶 标进行边缘检测， 提取黑白棋盘格图案靶标和LED靶标的边缘， 确定LED靶标的 形心； 步骤三： 标定双目相机； 首先， 分别用两台摄像机拍摄的黑 白棋盘格图案靶标对两台摄像机进行标定， 得到两 台摄像机各自的内参矩阵和畸变参数向量； 然后， 根据两台摄像机拍摄的黑白棋盘格图案 靶标图像， 分别计算图像中各个测点的比例因子S； 最后将根据两台摄像机拍摄的LED靶标 图像， 构建各个测点的三维空间坐标系(x,y,z)， 求出图像平 面与空间坐标系的夹角 α、 β， 确 定各个测点的在两台摄像机上的图像变位与实际空间变位关系， 分别假设各个测点的水平 方向位移D1、 D2和铅垂方向位移Δ z并根据几何关系转换为实际空间位移(Δx,Δy,Δ z)； S代表单位像素代 表的实际长度， 因此S可以表示 为； 其中： L:黑白棋盘 格图案靶标实际长度； P:黑白棋棋盘格图案靶标在图像上 所占像素 数量； 水平方向位移D1、 D2和铅垂方向位移Δ z与实际空间位移之间的关系可以用下式表示； Δx＝D2cosα +D1cosβ  (2) Δy＝D2sinα +D1sinβ  (3) Δz＝Δz  (4) 其中： D1： 摄像机A拍摄到的水平位移 D2： 摄像机B拍摄到的水平位移； Δx:测点在设定空间坐标系上沿x轴的位移 Δy测点在设定空间坐标系上沿y轴的位移 Δz:两台摄 像机拍摄到的铅垂位移， 即测点在设定空间坐标系上沿z轴的位移；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114608465 A 2α： 摄像机B和测点连线与y轴形成的夹角； β： 摄像机A和测点连线与y轴形成的夹角； 步骤四： 实时测量多测点空间位移； 首先， 将采集到第一帧图像 中的LED靶标的几何形态作为图像特征， 将此特征作为数字 图像相关的基准模板； 其次， 对两台摄像机后续采集的图像进 行数字相关的模板匹配， 分别 对多个区域的测点进行目标追踪， 然后对多目标追踪过程进行优化， 直至目标追踪满足要 求， 计算模板在图像上的像素变位并根据比例因子S转换为水平方向位移D1、 D2和铅垂方向 位移Δz； 最后， 根据公式(2)、 公 式(3)和公 式(4)将水平方向位移和铅垂方向位移 转换为空 间坐标系上的位移并输出至计算机 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114608465 A 3