一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统，包括：固定支架、工业左目相机、工业右目相机、计算机、触发器、光纤数据线、标定板、标靶组合结构；本发明专利技术还公开了一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位方法，包括：步骤S1、对相机进行标定，并求解内外参数；步骤S2、安装标靶组合结构，获取第一图像和第二图像；步骤S3、对第一图像和第二图像进行矫正处理，步骤S4、获取标靶圆心定位点像素坐标值；步骤S5、采用视差法求得圆心定位点的空间三维坐标。本发明专利技术能通过双目视觉得到安装在钢筋上的标靶得到钢筋的三维坐标，提供位置坐标来制定钢筋的调整方法，为工程节约时间和费用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统及其方法
本专利技术涉及计算机视觉及装配式建筑预制构件关键目标定位领域，具体涉及一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统及其方法。
技术介绍
随着国家新型城镇化发展，推进建筑产业现代化是必然趋势，其关键是适应新型建筑工业化和信息技术化的发展要求。装配式建筑或桥梁在节能减排、环境保护、工期缩短、成本降低、质量提升等方面的效果显著。吊装过程是装配式工艺中重要的组成部分，优化吊装过程是装配式建筑研究的重点之一，且优化吊装过程关系到装配式建筑的健康发展。传统的吊装定位以人工测量检测为主，表现在在吊装过程中，首先要进行试拼装，确保预制孔洞和构件钢筋的位置匹配，保证构件可以成功就位，工程中使用预拼装人工进行检测构件对位情况往往耗时较长。使用激光扫描技术进行构件吊装定位检测时，三维激光扫描测量仪成本高，且需要特定的环境，扫描点云处理时间长，当扫描测量仪一旦精准度不准确之后，重新校准精度比较困难。所以，开发一种针对吊装过程中关键部位智能检测的方法尤为重要，可以便捷地提供检测数据来制定吊装过程中的调整方法，为工程节约时间和费用成本。本专利技术针对上述问题，研发了一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装关键部位定位方法和系统。为解决上述问题提供技术支持。
技术实现思路
为了解决工程实际中存在的上述问题，本专利技术目的在于提供一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统及其方法，用以解决实际吊装工程中的预制构件钢筋定位问题。r>为了上述目的，本专利技术提供一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统，包括：固定支架、工业左目相机、工业右目相机、计算机、触发器、光纤数据线、标定板、标靶组合结构；所述工业左目相机和所述工业右目相机平行的设置在固定支架上，所述工业左目相机和所述工业右目相机分别通过所述光纤数据线与所述触发器进行通信连接，所述触发器与所述计算机进行通信连接；所述计算机内安装有标靶测量程序，所述计算机通过标靶测量程序对所述工业左目相机和所述工业右目相机获取的图像进行数据处理；所述标靶组合结构包括：标靶贴面板、空心橡胶安装把柄和调节旋钮，所述空心橡胶安装把柄与标靶贴面板通过球形云台连接器相连，所述空心橡胶安装把柄上设有调节旋钮，所述标靶贴面板的正面设有标靶；所述工业左目相机和所述工业右目相机拍摄所述标定板或者所述标靶获取相应的图像。进一步的，所述光纤数据线为USB3.0光纤数据线，所述标定板为棋盘标定板，所述标定板表面设有回光反射标志点，所述标靶上设有回光反射标志点。本专利技术还提供一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位方法，包括如下步骤：步骤S1、对所述工业左目相机以及所述工业右目相机进行标定，并且求解所述工业左目相机以及所述工业右目相机的内外参数；步骤S2、在预制构件待测钢筋部位安装标靶组合结构，再通过所述工业左目相机拍摄所述标靶获得标靶的第一图像，再通过所述工业右目相机拍摄所述标靶获得标靶的第二图像；步骤S3、对步骤S2获取的第一图像和第二图像进行矫正处理，所述矫正处理包括：畸变矫正以及立体校正；步骤S4、对矫正后的第一图像和第二图像进行处理，获取并储存第一图像和第二图像中的标靶圆心定位点像素坐标值；步骤S5、根据步骤S4得到第一图像的标靶圆心定位点像素坐标值以及第二图像的标靶圆心定位点像素坐标值，采用视差法求得圆心定位点的空间三维坐标。进一步的，所述步骤S1具体为：步骤S101、将所述工业左目相机以及所述工业右目相机固定在待测预制构件的前方，将所述标定板至于所述工业左目相机和所述工业右目相机的视野范围内；步骤S102、通过所述工业左目相机和所述工业右目相机，获取多张不同角度不同距离的标定板图像，再将获取的图像放入制定文件夹内；步骤S103、通过matlab对制定文件夹内的图像进行角点检测，并进行标定计算获取参数，所述参数包括：旋转矩阵、平移矢量，内部参数矩阵，重投影误差，图像轴的偏斜度，主点坐标和尺度因子；步骤S104、将不符合重投影误差要求的图像从制定文件夹中筛除；步骤S105、对制定文件夹中的图像进行第二次标定，并且计算并且保存参数。进一步的，在所述步骤S2中，将标靶组合结构安装在预制构件的待测钢筋处，通过球形云台连接器调整标靶的靶面位置，使得靶面正对所述工业左目相机和所述工业右目相机。进一步的，在所述步骤S3中，所述畸变矫正具体包括：步骤S311、将第一图像和第二图像中三维空间点投影到归一化图像平面；步骤S312、对归一化平面上的点进行径向畸变和切向畸变的纠正，具体通过公式(1)和公式(2)，表达式如下：xcorrected＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)+2p1xy+p2(r2+2x2)(1)ycorrected＝y(1+k1r2+k2r4+k3r6)+2p2xy+p1(r2+2y2)(2)公式(1)至公式(2)中，x为空间点在图像坐标系中的横坐标；xcorrected为校正后的空间点在图像坐标系的横坐标；y为空间点在图像坐标系中的纵坐标；ycorrected为校正后的空间点在图像坐标系的纵坐标；k1、k2、k3为相机径向畸变参数；p1、p2为相机的切向畸变参数；步骤S313、将纠正后的点通过内部参数矩阵投影到像素平面，得到该点在图像上的正确位置，表达式为：u＝fxxcorrected+cx(3)v＝fyycorrected+cy(4)公式(3)至公式(4)中，cx、cy为相机光轴在图像坐标系的偏移量；fx、fy为焦距；u、v为空间点在像素坐标系下的坐标；在所述步骤S3中，所述立体校正具体包括：步骤S321、将旋转矩阵R分成两个矩阵，分别为Rz和Ry，且Rz＝R1/2,Ry＝R1/2；步骤S322、通过偏移矩阵T构造e1,e2,e3,通过e1,e2,e3,使得左右极线达到平行，再通过构造的变换矩阵Rrect矩阵将左视图的极点变换到无穷远处；其中，T＝[Tx,Ty,Tz]T,其中，T为偏移矩阵；Rrect为构造的变换矩阵；Tx、Ty、Tz为偏移矩阵的分量；e1、e2、e3为变换矩阵的分量；步骤S323、将所述工业左目相机以及工业右目相机的坐标系依次乘以相应的整体旋转矩阵，使得两个坐标系的主光轴达到平行，整体旋转矩阵可由合成旋转矩阵与变换矩阵相乘得到；表达式为：Rzuo＝Rrect·rzuo(5)Ryou＝Rrect·ryou(6)公式(5)至公式(6)中，Rzuo、Ryou分别为工业左目相机以及工业右目相机的合成旋转矩阵；Rrect为使相机极点变换到无穷远处的矩阵。进一步的，所述步骤S4具体包括：步骤S401、采用中值滤波算法，对矫正后的第一图像和第二图像进行滤波处理，中值滤波输出公式为：公式(7)中，g(s,t)为原始图像灰度值，为滤波后图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统，其特征在于，包括：固定支架、工业左目相机、工业右目相机、计算机、触发器、光纤数据线、标定板、标靶组合结构；/n所述工业左目相机和所述工业右目相机平行的设置在固定支架上，所述工业左目相机和所述工业右目相机分别通过所述光纤数据线与所述触发器进行通信连接，所述触发器与所述计算机进行通信连接；/n所述计算机内安装有标靶测量程序，所述计算机通过标靶测量程序对所述工业左目相机和所述工业右目相机获取的图像进行数据处理；/n所述标靶组合结构包括：标靶贴面板、空心橡胶安装把柄和调节旋钮，所述空心橡胶安装把柄与标靶贴面板通过球形云台连接器相连，所述空心橡胶安装把柄上设有调节旋钮，所述标靶贴面板的正面设有标靶；/n所述工业左目相机和所述工业右目相机拍摄所述标定板或者所述标靶获取相应的图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统，其特征在于，包括：固定支架、工业左目相机、工业右目相机、计算机、触发器、光纤数据线、标定板、标靶组合结构；
所述工业左目相机和所述工业右目相机平行的设置在固定支架上，所述工业左目相机和所述工业右目相机分别通过所述光纤数据线与所述触发器进行通信连接，所述触发器与所述计算机进行通信连接；
所述计算机内安装有标靶测量程序，所述计算机通过标靶测量程序对所述工业左目相机和所述工业右目相机获取的图像进行数据处理；
所述标靶组合结构包括：标靶贴面板、空心橡胶安装把柄和调节旋钮，所述空心橡胶安装把柄与标靶贴面板通过球形云台连接器相连，所述空心橡胶安装把柄上设有调节旋钮，所述标靶贴面板的正面设有标靶；
所述工业左目相机和所述工业右目相机拍摄所述标定板或者所述标靶获取相应的图像。


2.根据权利要求1所述一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统，其特征在于，所述光纤数据线为USB3.0光纤数据线，所述标定板为棋盘标定板，所述标定板表面设有回光反射标志点，所述标靶上设有回光反射标志点。


3.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、对所述工业左目相机以及所述工业右目相机进行标定，并且求解所述工业左目相机以及所述工业右目相机的内外参数；
步骤S2、在预制构件待测钢筋部位安装标靶组合结构，再通过所述工业左目相机拍摄所述标靶获得标靶的第一图像，再通过所述工业右目相机拍摄所述标靶获得标靶的第二图像；
步骤S3、对步骤S2获取的第一图像和第二图像进行矫正处理，所述矫正处理包括：畸变矫正以及立体校正；
步骤S4、对矫正后的第一图像和第二图像进行处理，获取并储存第一图像和第二图像中的标靶圆心定位点像素坐标值；
步骤S5、根据步骤S4得到第一图像的标靶圆心定位点像素坐标值以及第二图像的标靶圆心定位点像素坐标值，采用视差法求得圆心定位点的空间三维坐标。


4.根据权利要求3所述一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位方法，特征在于，所述步骤S1具体为：
步骤S101、将所述工业左目相机以及所述工业右目相机固定在待测预制构件的前方，将所述标定板至于所述工业左目相机和所述工业右目相机的视野范围内；
步骤S102、通过所述工业左目相机和所述工业右目相机，获取多张不同角度不同距离的标定板图像，再将获取的图像放入制定文件夹内；
步骤S103、通过matlab对制定文件夹内的图像进行角点检测，并进行标定计算获取参数，所述参数包括：旋转矩阵、平移矢量，内部参数矩阵，重投影误差，图像轴的偏斜度，主点坐标和尺度因子；
步骤S104、将不符合重投影误差要求的图像从制定文件夹中筛除；
步骤S105、对制定文件夹中的图像进行第二次标定，并且计算并且保存参数。


5.根据权利要求4所述一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，将标靶组合结构安装在预制构件的待测钢筋处，通过球形云台连接器调整标靶的靶面位置，使得靶面正对所述工业左目相机和所述工业右目相机。


6.根据权利要求5所述一种基于双目视觉的装配式桥梁预制构件吊装定位方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述畸变矫正具体包括：
步骤S311、将第一图像和第二图像中三维空间点投影到归一化图像平面；
步骤S312、对归一化平面上的点进行径向畸变和切向畸变的纠正，具体通过公式(1)和公式(2)，表达式如下：
xcorrected＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)+2p1xy+p2(r2+2x2)(1)
ycorrected＝y(1+k1r2+k2r4+k3r6)+2p2xy+p1(r2+2y2)(2)
公式(1)至公式(2)中，x为空间点在图像坐标系中的横坐标；xcorrected为校正后的空间点在图像坐标系的横坐标；y为空间点在图像坐标系中的纵坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李枝军，张辉，徐后生，刘武，徐秀丽，李雪红，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京市路桥工程总公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32