【技术实现步骤摘要】
一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法
本申请涉及空间钢网格结构监测
，尤其涉及一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法。
技术介绍
空间钢网格结构包括网架、网壳等空间结构，其具备受力明确、自重轻、跨越能力强等优点，因此已被广泛地应用于大型机场的航站楼屋盖、大型轻工业厂房、煤炭与料场煤棚等建筑结构。在空间钢网格结构的服役期间，由于会受到自然破坏、人为因素以及材料腐蚀等因素的影响，因此空间钢网格结构不可避免地会发生包括杆件弯曲变形、拉杆断裂、节点破坏等损伤。为了防止因结构损伤的累积而引起结构的整体失效，对既有的空间钢网格结构的健康监测具有显著价值。三维测量是一种进行空间钢网格结构安全性监测的重要技术。通过三维重建可以得到场景及物体的三维信息，从这些三维信息中可以获知空间钢网格结构中的杆件弯曲变形、杆件断裂等损伤。一般来说，三维重建可以通过多视角图像采集、激光三维扫描仪、结构光投射等方法完成。其中，多视角三维重建是通过从多个不同视角采集的二维数字图像，来恢复物体表面特征点的深度信息。由于其重建成本较低、实际操作方便且可用于大范围户外场景重建，因此多视角三维重建在三维重建领域中应用比较广泛。由于多视角三维重建是基于多幅二维数字图像来进行的，因此二维数字图像的采集质量将会影响多视角三维重建的效果。一般情况下，若对一个物体表面进行完整的多视角三维重建，所采集的二维数字图像至少应该满足以下两个条件：1)图像应包含待重建物体表面的所有区域，即待重建物体表面各点均被采集；2...
【技术保护点】
1.一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法，其特征在于，该方法包括：/n获取空间网格结构的几何参数；/n根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；/n根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值；/n计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于多视角三维重建的空间网格结构监测的相机布置方法，其特征在于，该方法包括：
获取空间网格结构的几何参数；
根据空间网格结构的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；
根据待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点所需满足的预设距离条件，计算得到相机方位的水平角的最小限值和最大限值；
计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合预设距离条件的仰角范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当空间网格结构为两向正交网架时，该方法包括如下步骤：
步骤A1，获取两向正交网架的网格尺寸；
步骤A2，根据两向正交网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；
步骤A3，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤A4，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤A5，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤A6，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤A3；否则，执行步骤A7；
步骤A7，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的余角作为水平角的最大限值；
步骤A8，计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A8包括：
步骤A81，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值；
步骤A82，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤A83，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤A84；
步骤A84，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；
步骤A85，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；
步骤A86，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤A82。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2包括：
以两向正交网架的两个弦杆的延伸方向分别作为参考坐标系的x、y方向，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，建立一个参考坐标系；
将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2，并将第一水平角θ1或第二水平角θ2作为相机方位的水平角；将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下的公式计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围：
其中，a为两向正交网架的上弦杆或下弦杆的长度，h为两向正交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min'为符合第一距离条件的最小仰角，cosθ3max'为符合第一距离条件的最大仰角。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下的公式计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围：
其中，a为两向正交网架的上弦杆或下弦杆的长度，h为两向正交网架的结构高度，θ1为水平角，θ3为仰角，预设的最小距离值为网格边长的四分之一，cosθ3min″为符合第二距离条件的最小仰角，cosθ3max″为符合第二距离条件的最大仰角。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当空间网格结构为两向斜交网架时，该方法包括如下步骤：
步骤B1，获取两向斜交网架的几何参数；
步骤B2，根据两向斜交网架的几何参数建立参考坐标系，并确定用于描述相机方位的水平角和仰角；
步骤B3，当两向斜交网架的弦杆夹角为锐角时，将水平角的初始值设置为-(直角+弦杆夹角)/2；当两向斜交网架的弦杆夹角为钝角时，将水平角的初始值设置为-(弦杆夹角-直角)/2；
步骤B4，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第一步长，并将增加第一步长后的水平角作为水平角的当前取值；
步骤B5，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；所述第一距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第一对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤B6，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；所述第二距离条件为：待拍摄的结构节点在参考坐标系中的x-y平面上的投影点与杆件网格的第二对对边的垂直距离不小于预设的最小距离值；
步骤B7，判断第一仰角范围和第二仰角范围的交集是否为空集；如果是，则返回执行步骤B4；否则，执行步骤B8；
步骤B8，将水平角的当前取值作为水平角的最小限值，并将水平角的最小限值的余角作为水平角的最大限值；
步骤B9，计算得到在水平角的最小限值与水平角的最大限值之间的一个或多个水平角所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B9包括：
步骤B91，将水平角的初始值设置为水平角的最小限值；
步骤B92，在水平角的当前取值的基础上增加一个预设的第二步长，并将增加第二步长后的水平角作为水平角的当前取值；其中，水平角的初始值为水平角的最小限值；
步骤B93，判断水平角的当前取值是否大于水平角的最大限值；如果是，则结束整个流程；否则，执行步骤B94；
步骤B94，根据水平角的当前取值，计算得到符合第一距离条件的第一仰角范围；
步骤B95，根据水平角的当前取值，计算得到符合第二距离条件的第二仰角范围；
步骤B96，将所述第一仰角范围和第二仰角范围的交集作为水平角的当前取值所对应的符合第一距离条件以及第二距离条件的仰角范围；返回执行步骤B92。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B2包括：
以两向斜交网架的弦杆夹角的两条角平分线作为参考坐标系x-y平面的四个象限的角平分线，并将竖直向上的方向作为参考坐标系的z轴方向，建立一个参考坐标系；
将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与x轴之间的夹角作为第一水平角θ1，并将相机光轴在参考坐标系的x-y平面上的投影与y轴之间的夹角作为第二水平角θ2，将第一水平角θ1或第二水平角θ2作为相机方位的水平角；将相机光轴与x-y平面所形成的二面角作为仰角θ3。
10.根据权利要求9所述的方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇飞，樊健生，魏晓晨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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