一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及设备。所述方法包括：基于特定场景的视频图像，获取参考帧图像；将所述视频图像中除所述参考帧图像以外的帧图像，与所述参考帧图像进行自动匹配，获取所述特定场景的图像偏移量；将所述图像偏移量转换为所述特定场景的变形量，以对所述特定场景进行形变监测。本发明专利技术巧妙地利用摄像机拍摄中微小抖动会导致拍摄的视频场景偏移的特点，利用特定参考帧图像进行自动匹配，获取图像偏移量，从而对特定场景的形变进行监测；能够无需布置标志物、实时地对各类平台的震动或变形进行监测，能够以较低的成本对各类平台的震动或变形量进行高精度实时测量。

A deformation monitoring method and device based on video image offset tracking

The present invention provides a deformation monitoring method and device based on video image offset tracking. The method includes: video image based on the specific scene, to obtain the reference image; the video image in the reference frame in frame image outside, automatically matched with the reference image, the image offset for the specific scene; the image offset conversion deformation the specific scenes, for deformation monitoring on the particular scene. The characteristics of video scene offset the invention uses the camera shooting in tiny jitter will lead to shoot, automatic matching with specific reference frame image, obtaining image offset, and deformation on the specific scene of monitoring; it needs no arrangement of markers, to monitor all kinds of platform vibration or deformation in real time, be able to the low cost of platform vibration or deformation for high accuracy measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及装置
本专利技术涉及震动监测领域，更具体地，涉及一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及装置。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，各类交通设施(公路、铁路及高铁)不断兴建，人们的出行越来越方便。另外，随着城市化进程的加速，城市高层建筑物不断涌现。因此，各类交通设施的安全运营、高层建筑物的稳定性对于人们的生命财产安全至关重要，对公路桥梁、铁路桥梁、高铁桥梁、高层建筑物、大坝等各类平台的震动或变形监测具有重要的意义。对上述各类平台震动或变形监测的传统方法通常采用全站仪测量、差分干涉测量(D-InSAR)、地基干涉SAR技术等人工测绘手段。全站仪人工测量方法简单，但是需要消耗大量的人力成本，且难以满足实时监测的要求。新的技术手段如差分干涉测量技术，由于卫星的重返周期通常为数天或数十天，难以满足实时监测要求；地基干涉SAR技术虽然能够进行高精度实时监测，但是其设备成本非常高(设备价格高达数百万)。针对上述问题，需要一种低成本对各类平台的震动或变形量进行高精度实时测量的方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及装置。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法，其特征在于，包括：基于特定场景的视频图像，获取参考帧图像；将所述视频图像中除所述参考帧图像以外的帧图像，与所述参考帧图像进行自动匹配，获取所述特定场景的图像偏移量；将所述图像偏移量转换为所述特定场景的变形量，以对所述特定场景进行形变监测。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本专利技术实施例所述一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及其所有可选实施例的方法。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本专利技术实施例所述一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及其所有可选实施例的方法。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本专利技术实施例所述一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法及其所有可选实施例的方法。本专利技术提出一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法，巧妙地利用摄像机拍摄中微小抖动会导致拍摄的视频场景偏移的特点，利用特定参考帧图像进行自动匹配，获取图像偏移量，从而对特定场景的形变进行监测。本专利技术所述方法能够无需布置标志物、实时地对各类平台的震动或变形进行监测，能够以较低的成本对各类平台的震动或变形量进行高精度实时测量。附图说明图1为本专利技术实施例一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测流程图；图2为本专利技术实施例在特定场景的平台上架设摄像机获取视频图像示意图；图3为本专利技术实施例动态参考帧图像的选取方法示意图；图4为本专利技术实施例一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测设备的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法，包括：S100，基于特定场景的视频图像，获取参考帧图像；本专利技术实施例S100所述的特定场景包括各种类型的建筑或设施或自然场景，在上述特定场景的平台上进行视频拍摄监测。将摄像机架设在需监测的平台上图2所示，关闭摄像机防抖动功能，选取平台上的拍摄场景。拍摄场景中心是形变监测的参考物，要求为监测点周边静止地物且具有稳固性，如建筑物、地面等。同时场景中心的选取要避免单一颜色背景的地物，以防止在后续的图像匹配过程中出现误差。另外，尽量选取距离较近的地物作为场景中心，以提高后续形变监测的精度。利用激光测距仪测量场景中心与摄像机镜头的距离；随后调整摄像机参数并开始拍摄视频或等时间间隔地拍摄图像。拍摄的视频存放在存储卡上或直接输出到计算机进行处理。针对实时性及远程监控需求，可以通过无线网络将视频实时地传输到数据处理中心进行处理。所述参考帧图像，是用于进行图像匹配、获取图像的偏移量的参照图像。S200，将所述视频图像中除所述参考帧图像以外的帧图像，与所述参考帧图像进行自动匹配，获取所述特定场景的图像偏移量；本专利技术实施例中的参考帧图像和其他的帧图像均出自所述视频图像，所述视频图像中除所述参考帧图像以外的帧图像为其他的帧图像。将其他的帧图与参考帧图像进行图像匹配，如果图像出现偏差或偏移，则可判断特定场景出现了震动或变形而导致图像偏移，此步骤是根据图像匹配的结果获取图像偏移量。S300，将所述图像偏移量转换为所述特定场景的变形量，以对所述特定场景进行形变监测。通过步骤S200获取了图像偏移量后，还需要根据拍摄视频图像的摄像机参数将图像偏移量转换为实际的特定场景的变形量，这样更加便于监测特定场景的震动或形变。本专利技术实施例提出一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法，巧妙地利用摄像机拍摄中微小抖动会导致拍摄的视频场景偏移的特点，利用特定参考帧图像进行自动匹配，获取图像偏移量，从而对特定场景的形变进行监测。本专利技术所述方法能够无需布置标志物、实时地对各类平台的震动或变形进行监测，能够以较低的成本对各类平台的震动或变形量进行高精度实时测量。在一个可选的实施例中，本专利技术实施例一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法，还包括：根据所述视频图像的帧率获取每一帧图像的时间，利用所述每一帧图像的时间、所述参考帧图像信息、所述特定场景的图像偏移量及所述特定场景的变形量，绘制所述特定场景的变形曲线。本专利技术实施例通过绘制曲线可以得到更直观的监测效果。其中，每一帧图像的时间、所述参考帧图像信息、所述特定场景的图像偏移量及所述特定场景的变形量等这些参数还可以记录在文件中，以供随时调取数据，绘制曲线时，可以时间为横轴，以摄像机X和Y方向的震动量或形变量为纵轴，分别绘制随时间变化的特定场景的变形曲线。在一个可选的实施例中，所述基于特定场景的视频图像，获取参考帧图像，进一步包括：获取所述视频图像的其中一帧图像作为参考帧图像；或者基于所述视频图像，每特定时间间隔获取一帧图像作为后续的帧图像的参考帧图像。本专利技术实施例针对不同应用需求及场景变化情况，采用两种不同的参考帧图像选取策略。策略一：固定参考帧图像选取方法，即获取所述视频图像的其中一帧图像作为参考帧图像。当场景变化不大，则参考帧通常以开始稳定拍摄后的某一帧图像为参考图像。策略二：动态参考帧图像选取方法，即基于所述视频图像，每特定时间间隔获取一帧图像作为后续的帧图像的参考帧图像。当场景的光照等条件变化较频繁时，如果仅仅以开始时刻的帧图像为参考图像，则会导致后续偏移量估算不准确。针对该问题，需设置动态参考帧，通过间隔一定时间(ΔT)取一帧图像作为后续监测的参考图像，如图3所示，以保证场景图像的相似性及偏移量估算的精度。在一个可选的实施例中，所述将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法，其特征在于，包括：基于特定场景的视频图像，获取参考帧图像；将所述视频图像中除所述参考帧图像以外的帧图像，与所述参考帧图像进行自动匹配，获取所述特定场景的图像偏移量；将所述图像偏移量转换为所述特定场景的变形量，以对所述特定场景进行形变监测。

【技术特征摘要】
1.一种基于视频图像偏移量跟踪的形变监测方法，其特征在于，包括：基于特定场景的视频图像，获取参考帧图像；将所述视频图像中除所述参考帧图像以外的帧图像，与所述参考帧图像进行自动匹配，获取所述特定场景的图像偏移量；将所述图像偏移量转换为所述特定场景的变形量，以对所述特定场景进行形变监测。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述视频图像的帧率获取每一帧图像的时间，利用所述每一帧图像的时间、所述参考帧图像信息、所述特定场景的图像偏移量及所述特定场景的变形量，绘制所述特定场景的变形曲线。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于特定场景的视频图像，获取参考帧图像，进一步包括：获取所述视频图像的其中一帧图像作为参考帧图像；或者基于所述视频图像，每特定时间间隔获取一帧图像作为后续的帧图像的参考帧图像。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述视频图像中所述参考帧图像以外的帧图像，与所述参考帧图像进行自动匹配，获取所述特定场景的图像偏移量，进一步包括：获取所述视频图像中除所述参考帧图像以外的帧图像，将每一幅帧图像分别与所述参考帧图像进行亚像元级自动匹配，获取所述特性场景在X和Y方向上的图像偏移量；或者获取所述视频图像中的帧图像，将每一幅帧图像与所在的特定时间间隔内的参考帧图像进行亚像元级自动匹配；基于所述特定时间间隔内的参考帧图像的总体偏移量，获取所述特定场景的图像偏移量。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述图像偏移量转换为所述特定场景的变形量，进一步包括：利用下式将所述图像偏移量转换为所述特定场景的变形量，包括x轴偏移量defx(i)和y轴偏移量defy(i)：其中，i为正整数，DX(i)为当前第i帧图像的X方向(宽度)的总体偏移量，DY(i)为当前第i帧图像的Y方向(高度)的总体偏移量，δw为帧图像的1个像素对应的所述特定场景的地面分辨率(宽度方向)，δh为帧图像的1个像素对应的所述特定场景的地面分辨率(高度方向)，ρccd_w为摄像机CCD传感器的宽度，ρccd_h为摄像机CCD传感器的高度，f为摄像机C...

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