一种基于曲面镜和平面镜的结构测量方法技术

本发明专利技术属于测量领域，提供了一种基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，步骤包括：通过第一镜头获取第一图像信息，第二镜头获取第二图像信息；所述第一镜头为安装了曲面镜的镜头，所述第一图像信息包括测量目标实物的图像信息和测量目标在曲面镜中虚像的图像信息，所述第二镜头为安装了平面镜的镜头，所述第二图像信息包括测量目标实物的图像信息和测量目标在平面镜中虚像的图像信息；通过采集的第一图像信息和所述第二图像信息，计算测量目标的结构尺寸，通过本发明专利技术可以很好的获得远场测量目标的结构特征，对测量目标结构的研究有很大的意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于曲面镜和平面镜的结构测量方法


[0001]本专利技术涉及测量领域，尤其是涉及一种基于曲面镜和平面镜的结构测量方法。

技术介绍

[0002]目前，单目摄像机测距大多数是根据三角定位法来实现的，而且在传统的单目测距和光流法的应用中，通过相机仅能获得测量目标在像平面上的像素值和移动速度，需要依靠外界提供参考尺寸或者参考距离。在目标特征未知的情况下，通常采用激光雷达、毫米波雷达测距等方法进行辅助，这些设备成本相对较高，系统相对复杂。现有技术中，采用在相机光轴垂直平面上设置激光器作为辅助指示器的方法，减少曲面镜数量，但是在这类方法的计算过程中，基于曲面镜及其组合构造的各类光程差，严重依赖于光路主轴基线长度。与此同时，在投影点关系分析时，更多的是关注正交投影，而没有充分利用单目摄像中的透视投影关系，使得目前该类方法的结构相对复杂，在工程测距上应用也较少。
[0003]现有技术中通常采用单目摄像机测量相机和目标之前的距离，随着科技的发展，需求的增加，需要对一些远场大尺寸目标的结构尺寸进行测量来构建模型，进而进一步研究远场大尺寸目标对其周围相关事物产生的影响。
[0004]如远场中的云，其在天气系统发展、降水形成和大气辐射传输等过程中扮演着重要角色，及时准确地获取云的信息如云底高度、云的形状对气象、民航等较多领域非常重要，气象过程中常出现波浪云、豆荚云等一些特殊云的物理现象，此时对云底高度和云特征尺寸的测量，可以为后续分析大气高空活动提供有价值的信息，如波浪云是由于开尔文
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赫姆霍兹不稳定原理，当两层密度不同的空气或者液体以不同的速度相遇并相通时，就会在边缘形成一种类似碎浪花的形状，对波浪云高度和间距的测量有助于分析高空气流剪切情况，可以为云的建模提供基础数据，进而进一步对云结构进行研究：其中测量云高，现有技术中通常采用的方法有两种，一种是气球法，施放定升速的氢气球，根据气球从施放到进入云底的时间和上升的速度，算出云底的高度；另一种是云幕灯法，就是用云幕灯发射一束光柱，垂直照到云底一点，通过从观测到的点观测该点仰角以及观测点与云幕灯的水平距离，根据三角方法可以算出云底的高度。现有技术中还有自动云底高度测量仪器，如激光测云仪、红外辐射测云仪，这些方法与上述云幕灯近似，均需要测量是安装在云下方，其测量的便利性不足，而且无法对云的结构轮廓进行测量。近年来随着数字摄像技术的发展，双目成像测距技术被应用于云底高度和云结构的测量，具有精度高、成本小的优点，但该方法要求双目基线距离很长，且图像匹配算法相对复杂，不适合户外移动设备中对云高度测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，步骤包括：对相机的光轴和内参数进行标定；通过第一镜头获取第一图像信息，第二镜头获取第二图像信息；所述第一镜头为安装了曲面镜的镜头，所述第一图像信息包括测量目标实物的图
像信息和测量目标在曲面镜中虚像的图像信息；所述第二镜头为安装了平面镜的镜头，所述第二图像信息包括测量目标实物的图像信息和测量目标在平面镜中虚像的图像信息；通过采集的第一图像信息和所述第二图像信息，计算测量目标的结构尺寸。
[0006]进一步地，所述测量目标包括测量目标一和测量目标二。
[0007]进一步地，所述结构尺寸包括：测量目标与相机之间的水平距离、测量目标中任意两点与相机之间的垂直距离、测量目标一和测量目标二之间的水平距离。
[0008]进一步地，所述测量目标中测量目标一和测量目标二相对于相机光心的垂直距离相同。
[0009]进一步地，测量目标一和测量目标二之间水平距离D的计算公式如下：其中，p为测量目标一在相机中的实像，q为测量目标二在相机中的实像；和分别为p与所述相机光心之间的水平距离和比例因子；和分别为q与所述相机光心之间的的水平距离和比例因子。
[0010]进一步地，所述和的计算公式如下：的计算公式如下：其中，y
1p
和y
1q
分别为p、q相对于相机光心的垂直高度；p'为测量目标一在相机中所成的虚像，q'为测量目标二在相机中所成的虚像，y
2p
'和y
2q
'分别为p'、q'相对于相机光心的垂直高度；H1为测量目标相对于相机光心的高度。
[0011]进一步地，若所述测量目标与所述相机之间的距离小于预设距离，或采集的所述图像信息的特征清晰度小于预设清晰度时，所述测量目标相对于相机光心的高度H1通过如下步骤联立获得：下步骤联立获得：其中，m为曲面镜放大率，f
c
为曲面镜焦距，H1为测量目标高度相对于相机光心的参考高度，H2为测量目标虚像相对于相机光心的参考高度，S为曲面镜上表面至相机光心的偏置距离，x1为测量目标在相机中的实像相对于相机光心的参考高度。
[0012]进一步地，若所述测量目标与所述相机之间的距离大于预设距离，或采集的所述图像信息的特征清晰度大于预设清晰度时，所述测量目标相对于相机光心的高度H1通过如下步骤联立获得：步骤S1：计算初始比例因子M0，计算公式如下：
其中，x1为测量目标在相机中的实像相对于相机光心的参考高度，x2为测量目标在相机中的的虚像相对于相机光心的参考高度，f
c
为曲面镜焦距；步骤S2：通过第i次比例因子Mi，计算第i次修正系数α
i
，通过所述第i次修正系数α
i
与所述第i次比例因子M
i
，计算得到第i+1次比例因子M
i+1
；H
1i
=M
i*
x1H
2i
=M
i*
x2M
i+1
=α
i
M
i
其中，第i次目标高度H
1i
和虚像高度H
2i
，S为曲面镜上表面至相机光心的偏置距离；步骤S3：判断所述第i+1次比例因子M
i+1
是否收敛：若收敛，则第i+1次比例因子M
i+1
为最终比例因子M，H
1i
为最终的高度H1；若不收敛，则i=i+1，i=0、1、2、...n，n为循环次数，重复步骤步骤S2。
[0013]进一步地，比例因子M的计算公式如下：其中：M为相机的像素与空间目标物理尺度的比例因子。
[0014]进一步地，相机光心与测量目标之间的水平距离计算公式如下：L=f*M其中，f为相机焦距，L为相机光心与测量目标之间的距离，M为相机的像素与空间目标物理尺度的比例因子。
[0015]进一步地，所述曲面镜和平面镜安装于相机镜头的一侧，所述曲面镜轴线和所述平面镜的轴线与所述相机的光轴平行。
[0016]本专利技术的有益效果（1）本专利技术中，利用曲面镜和相机配合适用于远场测距的优点，对远场的测量目标进行图像采集，并计算测量目标相对于相机光心的垂直距离和测量目标相对于相机的水平距离，然后平面镜对测量目标再次进行信息采集，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，其特征在于，步骤包括：对相机的光轴和内参数进行标定；通过第一镜头获取第一图像信息，第二镜头获取第二图像信息；所述第一镜头为安装了曲面镜的镜头，所述第一图像信息包括测量目标实物的图像信息和测量目标在曲面镜中虚像的图像信息；所述第二镜头为安装了平面镜的镜头，所述第二图像信息包括测量目标实物的图像信息和测量目标在平面镜中虚像的图像信息；通过采集的第一图像信息和所述第二图像信息，计算测量目标的结构尺寸。2.如权利要求1所述的基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，其特征在于，所述测量目标包括测量目标一和测量目标二。3.如权利要求2所述的基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，其特征在于，所述结构尺寸包括：所述测量目标与所述相机光心之间的水平距离、所述测量目标与所述相机光心之间的垂直距离、所述测量目标一和所述测量目标二之间的水平距离。4.如权利要求3所述的基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，其特征在于，所述测量目标一和所述测量目标二相对于相机光心的垂直距离相同。5.如权利要求4所述的基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，其特征在于，所述测量目标一和所述测量目标二之间水平距离D的计算公式如下：其中， p为测量目标一在相机中的实像， q为测量目标二在相机中的实像；和分别为p与所述相机光心之间的水平距离和比例因子；和分别为q与所述相机光心之间的水平距离和比例因子。6.如权利要求5所述的基于曲面镜和平面镜的结构测量方法，其特征在于，所述和的计算公式如下：的计算公式如下：其中，y
1p
和y
1q
分别为p、q相对于相机光心的垂直高度；p'为测量目标一在相机中所成的虚像，q'为测量目标二在相机中所成的虚像，y
2p'
和y
2q'
分别为p'、q'相对于相机光心的垂直高度；H1为测量目标相对于相机光心的高度。7.如权利要求6所述的曲面镜和平面镜的结构测量方法，其特征在于，若所述测量目标与所述相机光心之间的距离小于预设距离，或采集的所述图像信息的特征清晰度小于预设清晰度时，所述测量目标相对于相机光心的高度H1通过如下步骤联立获得：
其中，m为曲面镜放大率，f
c
为曲面镜焦距，H...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡站伟，黄宗波，阳鹏宇，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：