一种双影像单目视觉变形监测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种双影像单目视觉变形监测系统，包括双棱镜、滤波片一、滤波片二、相机与承载有图像标志的标志承载物，双棱镜设置在图像标志与相机之间，相机的镜头朝向图像标志设置，双棱镜包括有入光面、出光面一与出光面二，滤波片一设置在相机镜头与出光面一之间，滤波片二设置在相机镜头与出光面二之间，滤波片一所能通过的光波波长与滤波片二所能通过的光波波长不同。利用本实用新型专利技术的变形监测系统可在大气折光发生改变时通过两种波长间位移影响程度差别进行修正，从而实时改正大气折光误差，测量更准确，实用性好。本实用新型专利技术的监测系统不需要额外的测量仪器，也不需要额外的人工操作，成本较低，实施难度较低。

【技术实现步骤摘要】
一种双影像单目视觉变形监测系统
本技术涉及视觉变形监测
，特别的，涉及一种双影像单目(单目即单相机)视觉变形监测系统。
技术介绍
视觉变形监测技术是一种用相机获取目标图像，通过计算机对图像进行处理，比较目标图像在影像序列上的变化，再根据目标图像的变化计算出目标真实位移的一种二维位移变形监测技术。视觉变形监测被广泛的应用于高楼、大坝、桥梁、边坡和基坑等构筑物的变形监测中，目前，已有很多学者对视觉变形监测技术进行了研究，但在其研究的过程中，一般监测时间较短(几百秒～几小时)和/或者监测距离较短(5～20m)，大气折光对测量精度的影响不明显，因此大气折光对测量精度的影响常常被忽略。现有的视觉变形监测方案中对大气折光的处理方式主要有以下三种：1)在三角测量中，通过重复测量基准点的高程，比较高程真值与测量值的偏差，反算大气竖直折光系数并加以改正。这种方法由于操作较为繁琐，一般只进行有限次测量，无法做到实时改正，且大气折光系数随时间的变化幅度较大，计算得到的大气折光系数并不能代表任意时刻的大气折光系数。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。2)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光学路径上有限位置处的温度、湿度、大气压等参数，利用这些参数，结合光学色散公式，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，但是在户外条件下，受大气湍流和大气分布不均匀的影响，几个点处的大气折光值无法代表一条曲线的整体值，该方法只能测量一条光学路径(曲线)上的有限点处的大气折光值(一般只能测量目标位置处和测站位置处两个点，因为其它区域可能难以测量)，因此利用光学色散公式计算大气折光系数的精度难以保证，实用性较差。3)利用参照目标在影像序列中的位置变化，计算光线折光偏角的改正方式，计算简便，能够做到实时改正，但实际应用中，很难在相机视场范围内找到稳定可靠的参照目标。因此实用性不强。对于短时间、近距离的变形监测，由于大气折光对测量影响小，大气折光误差可以忽略不计，而对于长时间、远距离的缓慢变形监测应用，大气折光将是测量中的主要误差源，由于近地面大气气象条件(温度、气压、密度、湿度)不稳定，大气折光系数时刻都在发生变化，光线的传播路径会随大气气象条件的变化而变化，导致目标在相机上的成像位置发生偏移，使位移计算出现误差。因此，现有技术中，需要一种方案来解决对于长时间、远距离的实时变形监测因大气折光造成的测量误差问题。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种双影像单目视觉变形监测系统，以解决
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供了一种双影像单目视觉变形监测系统，包括双棱镜(即菲涅尔双棱镜)1、滤波片一2、滤波片二3、相机4与承载有图像标志51的标志承载物5，所述双棱镜设置在图像标志与相机之间，相机的镜头41朝向图像标志设置，双棱镜包括有入光面11、出光面一12与出光面二13，入光面位于图像标志一侧，出光面一与出光面二均位于相机镜头一侧，出光面一与出光面二相邻设置且出光面一与出光面二之间的夹角α大于150度且小于180度，所述滤波片一设置在相机镜头与出光面一之间，所述滤波片二设置在相机镜头与出光面二之间，滤波片一所能通过的光波波长与滤波片二所能通过的光波波长不同。所述双棱镜用于将图像标志经入光面射入的光线分成两路，一路从出光面一射出，另一路从出光面二射出，所述滤光片一用于从出光面一射出的光线中滤选出第一种波长的光波，所述滤光片二用于从出光面二射出的光线中滤选出第二种波长的光波，所述相机同时接收第一种波长的光波与第二种波长的光波并通过相机的图像传感器成像。进一步的，所述滤波片一所能通过的光波波长与滤波片二所能通过的光波波长相差400nm以上。进一步的，所述标志承载物上的图像标志包括两两间距设置的圆形标志A、圆形标志B、圆形标志C与圆形标志D，圆形标志A圆心与圆形标志C圆心之间的连线AC定义为第一连线，圆形标志B圆心与圆形标志D圆心之间的连线BD定义为第二连线，所述第一连线与第二连线垂直相交。优选的，所述相机的可识别的光谱范围为350nm～1100nm，所述滤波片一所能通过的光波波长范围为400±10nm，所述滤波片二所能通过的光波波长范围为850±10nm。本技术至少具有以下有益效果：本技术利用双棱镜、滤波片等光学辅助器材，基于同一种介质中，不同波长的光，其折射率不同的特点，提出了一种双影像单目视觉变形监测系统，利用本技术的变形监测系统可在大气折光发生改变时通过两种波长间位移影响程度差别进行修正，实用性更好、能够实时改正大气折光误差，测量更准确。本技术的监测系统不需要额外的测量仪器(如全站仪、水准仪、气象仪等)，也不需要额外的人工操作，相比其他方法，本技术的使用成本较低，实施难度较低。本技术所提出的双影像单目视觉变形监测系统与方法计算简便，能够满足计算机视觉变形监测实时性的要求。本技术所提出的双影像单目视觉变形监测系统与方法不需要借助参照目标，对相机视场范围的大小没有要求。技术技术除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本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技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1是本技术优选实施例的双影像单目视觉变形监测系统结构简图(俯视视角)；图2是本技术优选实施例的双影像单目视觉变形监测系统中圆形标志A～D的分布图；图3是利用本技术优选实施例的双影像单目视觉变形监测系统进行测量，在两种波长条件下所对应的位移测量结果(即D1与D2)与经修正后的位移测量值d的曲线对比图，图3包括图3.1～图3.8，其中：图3.1是监测距离为150米时，400nm与850nm两种波长分别对应的X方向位移曲线图；图3.2监测距离为150米时，400nm与850nm两种波长分别对应的X方向位移曲线经本实施例的视觉变形监测方法修正后得到的X方向位移修正曲线图；图3.3是监测距离为150米时，400nm与850nm两种波长分别对应的Y方向位移曲线图；图3.4监测距离为150米时，400nm与850nm两种波长分别对应的Y方向位移曲线经本施例的视觉变形监测方法修正后得到的Y方向位移修正曲线图；图3.5是监测距离为200米时，400nm与850nm两种波长分别对应的X方向位移曲线图；图3.6监测距离为200米时，400nm与850nm两种波长分别对应的X方向位移曲线经本实施例的视觉变形监测方法修正后得到的X方向位移修正曲线图；图3.7是监测距离为200米时，400nm与850nm两种波长分别对应的Y方向位移曲线图；图3.8监测距离为200米时，400nm与850nm两种波长分别对应的Y方向位移曲线经本实施例的视觉变形监测方法修正后得到的Y方向位移修正曲线图；图中：1-双棱镜，11-入光面，12-出光面一，13-出光面二，2-滤波片一，3-滤波片二，4-相机，41-镜头，5-标志承载物。具体实施方式以下结合附图对本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双影像单目视觉变形监测系统，其特征在于，包括双棱镜(1)、滤波片一(2)、滤波片二(3)、相机(4)与承载有图像标志(51)的标志承载物(5)，所述双棱镜设置在图像标志与相机之间，相机的镜头(41)朝向图像标志设置，双棱镜包括有入光面(11)、出光面一(12)与出光面二(13)，入光面位于图像标志一侧，出光面一与出光面二均位于相机镜头一侧，出光面一与出光面二相邻设置且出光面一与出光面二之间的夹角α大于150度且小于180度，所述滤波片一设置在相机镜头与出光面一之间，所述滤波片二设置在相机镜头与出光面二之间，滤波片一所能通过的光波波长与滤波片二所能通过的光波波长不同。

【技术特征摘要】
1.一种双影像单目视觉变形监测系统，其特征在于，包括双棱镜(1)、滤波片一(2)、滤波片二(3)、相机(4)与承载有图像标志(51)的标志承载物(5)，所述双棱镜设置在图像标志与相机之间，相机的镜头(41)朝向图像标志设置，双棱镜包括有入光面(11)、出光面一(12)与出光面二(13)，入光面位于图像标志一侧，出光面一与出光面二均位于相机镜头一侧，出光面一与出光面二相邻设置且出光面一与出光面二之间的夹角α大于150度且小于180度，所述滤波片一设置在相机镜头与出光面一之间，所述滤波片二设置在相机镜头与出光面二之间，滤波片一所能通过的光波波长与滤波片二所能通过的光波波长不同。2.根据权利要求1所述的一种双影像单目视觉变形监测系统...

【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：新型
国别省市：湖南,43