一种基于视觉测量的大气折光校正方法技术

本发明专利技术提供一种基于视觉测量的大气折光校正方法，包括获得变形监测合作标志及其参数、获得目标的原始位移量、获得大气折光引起的目标偏移量以及通过目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量获得大气折光校正后目标的实际位移量；所述获得大气折光引起的目标偏移量具体包括获取像距、获取物距以及计算大气折光引起的目标偏移量等步骤。应用本发明专利技术的方法，通过模块化设计，便于获取所需参数值；本发明专利技术具体技术方案中仅需依赖于监测目标的成像特点，而无需额外的测量仪器(如全站仪、水准仪、气象仪等)和额外的人工操作，成本得到大大降低；本发明专利技术方法具备实时改正大气折光的能力，同时也不需要借助参照目标，具有操作简便性和实时性。

A method of atmospheric refraction correction based on visual measurement

The present invention provides a method for correction of atmospheric refraction based on visual measurement, including deformation monitoring symbol and its parameters, original displacement, obtain the objective target offset caused by atmospheric refraction and the actual displacement of the target offset caused by the displacement of the original target and atmospheric refraction correction for atmospheric refraction after the target; the target deviation caused by atmospheric refraction including obtaining image distance, obtaining object distance and calculation of atmospheric refraction caused by target offset steps. By using the method of the invention, through modular design, easy to obtain the required parameters; imaging characteristics need only depends on the monitoring target specific to the technical scheme of the invention, without additional measuring instruments (such as total station, level, meteorological instrument etc.) and additional manual operation, greatly reducing the cost; the method of the invention has the capability of real-time correction of atmospheric refraction, and does not need the help of reference target, and has the advantages of simple operation and real-time.

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉测量的大气折光校正方法
本专利技术涉及监测
，具体涉及一种基于视觉测量的大气折光校正方法。
技术介绍
基于计算机视觉的变形监测技术是一种先利用相机获取目标影像，再通过计算机与相关图像处理算法，接着比较目标在影像序列上的变化，最后计算出目标真实位移的一种新兴变形监测技术。由于光线在空气中传播时会受到大气温度、气压、密度、湿度等客观条件的影响，传播路径会发生变化，在视觉变形监测中，大气折光误差主要是不同大气条件下光线发生弯曲程度不同而导致的误差。由于近地面气象条件复杂，目前还没有一个有效的误差改正模型。现有技术中的方法有：在三角测量中，主要通过精确测量基准点的高程，比较高程真值与测量值的偏差，计算大气竖直折光系数并加以改正。但这种方法具有以下缺陷：由于操作较为繁琐，一般只进行有限次测量；大气折光系数随时间的变化幅度较大，无法满足实时或准实时监测的需求；必须在测区布设已知高程的基准点，对于视觉测量来说，需要增加额外的测量设备(水准标尺、水准仪等)，还需要额外的人工成本。在视觉测量中，通过在监测目标旁设置静止不动的参照目标，利用参照目标在影像序列中的变化，对监测目标的位移进行校正，该方法很好的利用了视觉测量的优势，能够做到实时校正，但在实际应用中却很难在相机视场范围内找到静止不动的参照目标，实用性不强。测量气象参数的大气折光改正方法利用高精度气象仪测量测站与测点处的温度、湿度、大气压等参数，计算大气折光系数，对测量结果进行改正，该方法需要为测量系统配备高精度的气象仪，实用性较差，且存在气象代表性误差的影响。综上所述，急需一种实用性更好且能够实时改正大气折光的新方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种实用性更好且能够实时改正大气折光的新方法，具体技术方案如下：一种基于视觉测量的大气折光校正方法，包括以下内容：获得变形监测合作标志及其参数；获得目标的原始位移量；获得大气折光引起的目标偏移量；通过目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量获得大气折光校正后目标的实际位移量；获得大气折光引起的目标偏移量具体包括以下步骤：步骤3.1、获取像距v，具体是：通过表达式4)获得像距v：v＝f+i＝f(1+M)4)；步骤3.2、获取物距u，具体是：通过表达式5)获得物距u：步骤3.3、先计算出折光偏角α，再通过表达式9)计算得到大气折光引起的目标偏移量Datmos，Datmos＝utanα或Datmos＝Mvtanα9)；其中：f为焦距；i为像焦距；M为相机的放大倍率，且以上技术方案中优选的，获得变形监测合作标志及其参数具体包括以下步骤：步骤1.1、在同一竖直面内设计四个圆形形状作为变形监测合作标志，四个圆形形状的中心点依次连线形成对角线沿水平方向和竖直方向的菱形；步骤1.2、先采用Canny算子提取目标边缘，再通过计算圆形形状因子，剔除多余边缘，最后利用质心法计算得出四个圆的圆心坐标。以上技术方案中优选的，获得目标的原始位移量具体是：通过表达式1)获得目标的水平方向的位移dx和竖直方向的位于dy，表达式1)如下：其中：SFX和SFY为比例系数，SFX＝LX/Sx，SFY＝LY/Sy，LX和LY分别为标志水平方向和竖直方向两个圆心的距离，单位为mm；Sx和Sy为标志水平方向和竖直方向两个圆心在图像上的长度，单位为像素；mx和my为测量的四个圆心坐标(x2，y2)与初始坐标(x1，y1)求差所得到的水平方向位移量和竖直方向位移量；x为水平方向向量，x＝[x1y1]T；y为竖直方向向量，y＝[x2y2]T；以上技术方案中优选的，获得大气折光引起的目标偏移量具体是：步骤3.1、通过相机放大倍率M的表达式3)得到像距v的表达式4)：v＝f+i＝f(1+M)4)；步骤3.2、通过光学基本成像表达式2)、相机放大倍率表达式3)以及像距v的表达式4)得到物距u的通过表达式5)：步骤3.3、根据折光偏角α、表达式3)和表达式4)三者的结合或者折光偏角α和表达式5)两者的结合获得大气折光引起的目标偏移量Datmos的表达式9)：Datmos＝utanα或Datmos＝Mvtanα9)；其中：f为焦距；i为像焦距。以上技术方案中优选的，所述大气折光校正后目标的实际位移量的获得过程具体是：将目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量进行叠加即可得到大气折光校正后目标的实际位移量。应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术的基于视觉测量的大气折光校正方法，包括获得变形监测合作标志及其参数、获得目标的原始位移量、获得大气折光引起的目标偏移量和获得大气折光校正后目标的实际位移量四个模块，通过模块化设计，便于获取所需参数值；本专利技术具体技术方案中仅需依赖于监测目标的成像特点，而无需额外的测量仪器(如全站仪、水准仪、气象仪等)和额外的人工操作，成本得到大大降低；本专利技术方法具备实时改正大气折光的能力，同时也不需要借助参照目标，具有操作简便性和实时性，实用性强。(2)本专利技术中变形监测合作标志采用四个圆形形状，合作标志的形状选择和位置设置，便于实现精准监测；四个圆心坐标的获取通过现有技术中比较成熟的技术方案获得，操作方便且精准度高。(3)本专利技术获得目标的原始位移量的步骤精简，所获取的参数结果精准度高。(4)本专利技术所采用的获得大气折光引起的目标偏移量的方法，具有的特点是：a、步骤精简，方便操作；b、不需要借助参照目标，且适用于任意折光偏角的情况，能实时且精准地获得大气折光引起的目标偏移量，为后续得到大气折光校正后目标的实际位移量打下坚实的基础。(5)本专利技术通过对目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量的叠加(根据实际情况，还可以采用其他处理方式)得到大气折光校正后目标的实际位移量，精准度高。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例1中变形监测合作标志的位置示意图；图2为实施例1中相机的成像原理示意图；图3(a)是小孔成像原理示意图；图3(b)是目标受大气折光影响后发生一般偏移情况时的示意图；图3(c)是目标受大气折光影响后发生特殊偏移情况时的示意图；图4(a)是实施例2中第一时间段所得目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量对照图；图4(b)是实施例2中第二时间段所得目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量对照图；图4(c)是实施例2中第一时间段大气折光校正后目标的实际位移量示意图；图4(d)是实施例2中第二时间段大气折光校正后目标的实际位移量示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：一种基于视觉测量的大气折光校正方法，应用于边坡、基坑和桥梁等设施的形变监测，与近景摄影测量方法不同，所采用的视觉变形监测技术不需要进行三维坐标测量，而是通过图像处理直接测得二维位移。具体包括以下步骤：1、获得变形监测合作标志及其参数，变形监测合作标志详见图1，包括以下步骤：步骤1.1、在同一竖直面内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉测量的大气折光校正方法，其特征在于，包括以下内容：获得变形监测合作标志及其参数；获得目标的原始位移量；获得大气折光引起的目标偏移量；通过目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量获得大气折光校正后目标的实际位移量；获得大气折光引起的目标偏移量具体包括以下步骤：步骤3.1、获取像距v，具体是：通过表达式4)获得像距v：v＝f+i＝f(1+M) 4)；步骤3.2、获取物距u，具体是：通过表达式5)获得物距u：

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉测量的大气折光校正方法，其特征在于，包括以下内容：获得变形监测合作标志及其参数；获得目标的原始位移量；获得大气折光引起的目标偏移量；通过目标的原始位移量和大气折光引起的目标偏移量获得大气折光校正后目标的实际位移量；获得大气折光引起的目标偏移量具体包括以下步骤：步骤3.1、获取像距v，具体是：通过表达式4)获得像距v：v＝f+i＝f(1+M)4)；步骤3.2、获取物距u，具体是：通过表达式5)获得物距u：步骤3.3、先计算出折光偏角为α，再通过表达式9)计算得到大气折光引起的目标偏移量Datmos，Datmos＝utanα或Datmos＝Mvtanα9)；其中：f为焦距；i为像焦距；M为相机的放大倍率，且2.根据权利要求1所述的基于视觉测量的大气折光校正方法，其特征在于，获得变形监测合作标志及其参数具体包括以下步骤：步骤1.1、在同一竖直面内设计四个圆形形状作为变形监测合作标志，四个圆形形状的中心点依次连线形成对角线沿水平方向和竖直方向的菱形；步骤1.2、先采用Canny算子提取目标边缘，再通过计算圆形形状因子，剔除多余边缘，最后利用质心法计算得出四个圆的圆心坐标。3.根据权利要求1所述的基于视觉测量的大气折光校正方法，其特征在于，获得目标的原始位移量具体是：通过表达式1)获得目标的水平方向的位移dx和竖直方向的位于dy，表达式1)如下：其中：SFX...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢磊，戴吾蛟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43