【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构动态位移测量，具体涉及一种结构变形的监测方法、装置、设备及介质。
技术介绍
1、结构动态位移测量方法包括接触式测量法和非接触式测量法。接触式测量法主要是通过接触式传感器测量结构的振动信息，而非接触式测量法主要是基于光、电磁等技术，例如激光位移计和机器视觉系统，测量时不需要接触被测物体，使用方便。使用激光位移计测量位移时，每个位移计只能测量一个点的位移，且激光易受环境影响，难以实现远距离测量。机器视觉系统可以通过图像处理技术进行多个测点数据的提取。而且机器视觉系统可以进行倾斜拍摄，然后根据相机标定参数获取测点在振动平面的位移，同时还可以使用长焦镜头进行远距离测量。因此，在超高层建筑、长大跨桥梁等实际大型结构监测中，机器视觉系统具备很大的优势。
2、近年来，国内外的研究人员对机器视觉技术在位移监测方面的应用进行了广泛的研究，但是在实际应用时仍存在一些困难：(1)一般方法需要通过相机标定减小相机倾斜拍摄对测量结果的影响。常用的张正友平面模板标定法通过对拍摄平面进行整体标定，从而修正倾斜拍摄的影响，该方法要求人工标定物占到拍摄视野的1/4以上，且需要精准识别标定物上的多个特征点。而对于实际大型结构，往往需要进行远距离测量，拍摄范围较大，难以满足标定要求。(2)测点追踪算法主要包括模板匹配方法和特征点匹配方法。前者在实际应用时一般只能跟踪结构的平动，当结构存在扭转时会严重影响测量精度；后者受扭转影响较小，但是特征点匹配的稳定性较差，易追踪失败，从而导致结构变形监测不准确。
技术实现
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种结构变形的监测方法、装置、设备及介质，以解决由于标定困难导致的变形监测不精准的问题。
2、第一方面，本专利技术提供了一种结构变形的监测方法，方法包括：
3、获取相机预先拍摄的目标结构的振动视频，并转化为预设时间间隔的多帧图片，图片内包含与至少一个测点对应的标定圆像；
4、建立相机的归一化正交投影模型，通过多点局部标定对标定圆像进行椭圆拟合来获取对应的椭圆参数，并根据归一化正交投影模型计算相机的位移修正参数；
5、基于归一化正交投影模型对不同帧图片中的标定圆像进行椭圆矫正，并提取矫正后的标定圆像的特征点；
6、基于修正参数将不同帧图片内特征点的梯度信息及位置信息融合，并通过不同帧图片中标定圆像的特征点匹配来进行测点动态跟踪，计算标定圆像对应测点的动态位移信息，并根据动态位移信息对目标结构的变形情况进行监测。
7、本专利技术实施例提供的结构变形的监测方法，通过将目标结构的振动视频转化为多帧图片，每帧图片内包含至少一个测点对应的标定圆像，建立相机的归一化正交投影模型，并通过多点局部标定进行椭圆拟合，获取椭圆参数并计算相机的位移修正参数，对标定圆像进行椭圆矫正后提取其特征点，基于修正参数将不同帧图片的特征点进行信息融合，并通过不同帧图片中标定圆像的特征点匹配来进行测点动态跟踪，计算标定圆像对应测点的动态位移信息，并根据动态位移信息对目标结构的变形情况进行监测。本专利技术以归一化正交投影模型简化相机成像模型，并以多点局部标定代替整体标定，能够简化相机标定过程并降低标定难度，并将标定圆像的图像梯度信息和位置信息加权平均值作为匹配依据，提出一种高稳定性特征点匹配方法，提高动态位移的测量精度，从而提高结构变形监测的准确性与可靠性。
8、在一种可选的实施方式中，建立相机的归一化正交投影模型的过程，包括：预先定义测点的振动平面坐标系及相机的成像平面坐标系，获取预设帧图片中成像平面坐标系内的标定圆像中心坐标，及振动平面坐标系内对应测点坐标；通过将振动平面坐标系内测点坐标平移至成像平面坐标系内标定圆像坐标，来建立归一化正交投影模型，其对应的公式如下所示：
9、uc(k)＝τr2pr1xo(k)+t
10、其中，uc(k)为标定圆像中心坐标，xo(k)为测点坐标，τ为尺度因子，表征实际单位距离对应的像素距离，r1为第一正交矩阵，表征将振动平面坐标系的x轴旋转至与成像平面坐标系的x轴平行，r2为第二正交矩阵，表征将振动平面坐标系与成像平面坐标系进行对齐，p为缩放矩阵，表征投影放缩过程，t为平移向量，表征将振动平面坐标平移到成像平面坐标。
11、本专利技术通过将相机成像模型简化为归一化正交模型，在同一坐标系下对标定圆像进行标定，能够简化相机的标定过程，从而通过相机标定获取相机的位移修正参数，消除由相机因素导致动态位移测量不精准的影响。
12、在一种可选的实施方式中，通过多点局部标定对标定圆像进行椭圆拟合来获取对应的椭圆参数的过程，包括：根据预设参数向量及预设系数向量构建标定圆像的椭圆方程，并将椭圆方程转化为包含参数矩阵的齐次形式，椭圆方程和包含参数矩阵的齐次形式如下所示：
13、c(ui,vi)＝ceue
14、[uv1]c[uv1]t＝0
15、其中，在标定圆像的椭圆边缘选取预设个数的拟合点，ui和vi为椭圆边缘的第i个拟合点的圆像坐标，ce＝[cacbcccdcecf]t为系数向量，为参数向量，u和v为圆像坐标ui和vi的坐标集合，c为参数矩阵，如下所示：
16、
17、建立拟合误差函数，根据误差函数最小化条件计算参数矩阵，并根据参数矩阵中各个参数计算椭圆参数，拟合误差函数及误差函数最小化条件如下所示：
18、
19、其中，e(c)为拟合误差，cn为拟合点的预设个数，椭圆参数包括：椭圆长轴、椭圆短轴、椭圆长轴与成像平面坐标系横轴的夹角及椭圆中心坐标，计算公式如下所示：
20、
21、
22、其中，ca为椭圆长轴，cb椭圆短轴，φ椭圆长轴与成像平面坐标系横轴的夹角，ucx和ucy为椭圆中心坐标。
23、本专利技术通过在标定圆像的椭圆边缘进行多点局部标定代替整体标定，既能够保证相机标定的准确性，也能够降低机器视觉测量实际结构动态位移时的标定难度，进一步提高位移测量精度。此外，在对测点进行拍摄时，会因为角度等因素导致以测点为中心的标定圆像成像为椭圆形状，因此在进行计算相机的位移修正参数时需要获取椭圆参数，包括椭圆长轴及短轴的长度、椭圆与成像平面坐标系横轴的夹角及椭圆中心坐标。根据椭圆参数计算归一化正交投影模型的各个参数，从而获得坐标转换时的位移修正参数，在后续动态位移测量过程中使用位移修正参数进行位置校准，从而提高位移测量精度。
24、在一种可选的实施方式中，根据归一化正交投影模型计算相机的位移修正参数的过程，包括：通过忽略平移向量来将归一化正交投影模型的对应公式进行简化，简化结果如下所示：
25、xo(k)＝auc(k)
26、
27、其中，a为位移修正参数；通过获取成像平面与振动平面的夹角α计算缩放矩阵p，计算公式如下所示：
28、
29、根据椭圆长轴与成像平面坐标系横轴的夹角φ计算第二正交矩阵r2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结构变形的监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立相机的归一化正交投影模型的过程，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过多点局部标定对所述标定圆像进行椭圆拟合来获取对应的椭圆参数的过程，包括：
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述根据归一化正交投影模型计算相机的位移修正参数的过程，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述归一化正交投影模型对不同帧图片中的标定圆像进行椭圆矫正，并提取矫正后的标定圆像的特征点的过程，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述修正参数将不同帧图片内特征点的梯度信息及位置信息融合，并通过不同帧图片中标定圆像的特征点匹配来进行测点动态跟踪，计算所述标定圆像对应测点的动态位移信息，并根据所述动态位移信息对所述目标结构的变形情况进行监测的过程，包括：
7.一种结构变形的监测装置，其特征在于，所述装置包括：
8.一种计算机设备，其特征在于，包括：>
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至6中任一项所述的结构变形的监测方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至6中任一项所述的结构变形的监测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种结构变形的监测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立相机的归一化正交投影模型的过程，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过多点局部标定对所述标定圆像进行椭圆拟合来获取对应的椭圆参数的过程，包括：
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述根据归一化正交投影模型计算相机的位移修正参数的过程，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述归一化正交投影模型对不同帧图片中的标定圆像进行椭圆矫正，并提取矫正后的标定圆像的特征点的过程，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述修正参...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓德员，陈舟，陈振明，卢汉文，王焕，赵柏宇，孙朋，
申请(专利权)人：中建钢构股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。