【技术实现步骤摘要】
本申请涉及三维位移测量，特别涉及一种线形结构体的形变监测装置和方法。
技术介绍
1、基于视觉的位移测量是将安置在测点上的人工标志物(或自然标志物)影像坐标变换转换成相应的实际物方位移，具有易安装、低成本、高精度等特点，随着计算机视觉技术和图像采集设备的不断发展，该方法广泛应用于桥梁、隧道、管道等多类实际工程中。基于视觉的位移测量主要包括相机标定、标志物检测与跟踪、像素位移到物方位移转化等步骤。大多数工程如桥梁位移监测点并不具备自然标志物特征，通常需要安装人工标志。人工标志物作为视觉位移量测的追踪目标，是影响位移测量精度的关键因素，人工标志一般利用结构表面的图像特征及纹理结构作为标志物，最常用的是平面板带规则图案。
2、由于视觉位移量测原理的限制，目前该方法只能获得测点标志物平面二维位移形变量，无法获得相机视轴方向的位移，而在实际的桥梁、隧道等安监工程中，测点的三维位移形变是必不可少的重要监测量，是相关部门评估工程结构损伤、崩塌等重大灾害决策的重要支撑数据。
3、因此，需要一种突破现有平面标志物的位移形变量测二维性约束的适用广泛的三维位移形变量测标志物及方法，能够获取测点的三维位移形变值，保证点位三维位移测量的精度。
技术实现思路
1、本申请提供一种线形结构体的形变监测装置和方法，以解决目前只能获得测点标志物平面二维位移形变量，无法实时得到测点标志物视轴方向位移形变值的问题。
2、本申请第一方面实施例提供一种线形结构体的形变监测装置，包括：第一监测
3、所述第二监测线路位于所述待监测线形结构体的对侧，所述第二监测线路包括多个第二观测点，所述多个第二观测点的数量与所述多个第一观测点的数量相等，且所述多个第二观测点和所述多个第一观测点一一对应设置，每个第二观测点上均水平放置双向倾斜视角相机，且双向倾斜相机均成预设夹角，且面向所述第一监测线路的监测点方向，每个双向倾斜视角相机用于基于所述预设夹角拍摄所述第一监测线路的相邻监测点上的三维标志物的影像，以根据所述第一监测线路的相邻监测点上的三维标志物的影像得到每个三维标志物和相机在y轴方向的位移量。
4、可选地，所述三维标志物均为立方体或长方体。
5、可选地，所述立方体或长方体的六个平面的图案均相同，其中，每个平面均由一个黑色方环形、一个白色方环形、一个黑色正方形和4个圆形组成，4个圆形呈对称分布，每个圆的圆心为所述三维标志物的位移监测跟踪点，所述位4个圆形分布用于监测每个三维标志物的旋转状态。
6、可选地，所述立方体或长方体的六个平面的材质为航空铝板。
7、本申请第二方面实施例提供一种线形结构体的形变监测方法，采用上述的线形结构体的形变监测装置，方法包括以下步骤：获取多个双向水平视角相机和多个双向倾斜视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像和上一时刻的三维标志物影像、每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标；根据所述多个双向水平视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像、上一时刻的三维标志物的影像、每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标，构建所述每个三维标志物与对应双向水平视角相机在x轴方向和z轴方向的位移量与像素变化量的第一关系方程；根据所述多个双向倾斜视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像、上一时刻的三维标志物的影像、每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标，构建所述每个三维标志物与对应双向倾斜视角相机在y轴方向的位移量与像素变化量的第二关系方程；联合所述第一关系方程和所述第二关系方程，利用最小二乘平差得到每个三维标志物在x轴方向、y轴方向、z轴方向的位移量，以根据所述每个三维标志物在x轴方向、y轴方向、z轴方向的位移量得到线形结构体的三维形变监测结果。
8、可选地，所述根据所述多个双向水平视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像、上一时刻的三维标志物的影像、每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标，构建所述每个三维标志物与对应双向水平视角相机在x轴方向和z轴方向的位移量与像素变化量的第一关系方程，包括：根据所述多个双向水平视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像和上一时刻的三维标志物的影像，确定所述每个三维标志物的当前时刻矩形框和上一时刻矩形框，并根据所述每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标确定所述每个三维标志物与所述双向水平视角相机的位移量；根据所述每个三维标志物的当前时刻矩形框和上一时刻矩形框，确定所述每个三维标志物的像素变化量；基于预设的成像几何关系，根据所述每个三维标志物与对应双向水平视角相机的位移量和所述每个三维标志物的像素变化量得到所述第一关系方程。
9、可选地，所述根据所述多个双向倾斜视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像、上一时刻的三维标志物的影像、每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标，构建所述每个三维标志物与对应双向倾斜视角相机在y轴方向的位移量与像素变化量的第二关系方程，包括：根据所述多个双向倾斜视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像和上一时刻的三维标志物的影像，确定所述每个三维标志物的当前时刻矩形框和上一时刻矩形框，并根据所述每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标确定所述每个三维标志物与所述双向倾斜视角相机的位移量；根据所述每个三维标志物的当前时刻矩形框和上一时刻矩形框，确定所述每个三维标志物的像素变化量；基于预设的成像几何关系，根据所述每个三维标志物与对应双向倾斜视角相机的位移量和所述每个三维标志物的像素变化量得到所述第二关系方程。
10、可选地，所述第一关系方程为：
11、
12、
13、其中，zm为第m个三维标志物在t时刻的物方形变量的z轴坐标，zn为第n个相机在t时刻的物方形变量的z轴坐标，f1为相机的焦距，为t时刻的相机俯仰角变化值，为t时刻的相机水平偏转角变化值，yn为第n个相机在t时刻的物方形变量的y轴坐标，ym为第m个三维标志物在t时刻的物方形变量的y轴坐标，lnm0为y轴方向的相机n与三维标志物m之间的初始距离，xm为第m个三维标志物在t时刻的物方形变量的x轴坐标，xn为第n个相机在t时刻的物方形变量的x轴坐标，δznmt为t时刻三维标志物m在相机n获取图像中垂直方向的像素位移量，δxnmt为t时刻三维标志物m在相机n获取图像中水平方向的像素位移量。
14、可选地，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种线形结构体的形变监测装置，其特征在于，包括：第一监测线路和第二监测线路，其中，
2.根据权利要求1所述的线形结构体的形变监测装置，其特征在于，所述三维标志物均为立方体或长方体。
3.根据权利要求2所述的线形结构体的形变监测装置，其特征在于，所述立方体或长方体的六个平面的图案均相同，其中，
4.根据权利要求2所述的线形结构体的形变监测装置，其特征在于，所述立方体或长方体的六个平面的材质为航空铝板。
5.一种线形结构体的形变监测方法，其特征在于，采用如权利要求1-4中任一项所述的线形结构体的形变监测装置，其中，所述方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个双向水平视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像、上一时刻的三维标志物的影像、每个三维标志物的当前时刻坐标和上一时刻坐标，构建所述每个三维标志物与对应双向水平视角相机在X轴方向和Z轴方向的位移量与像素变化量的第一关系方程，包括：
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个双向倾斜视角相机拍摄的当前时刻的
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一关系方程为：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二关系方程为：
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定所述每个三维标志物的当前时刻矩形框和上一时刻矩形框，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种线形结构体的形变监测装置，其特征在于，包括：第一监测线路和第二监测线路，其中，
2.根据权利要求1所述的线形结构体的形变监测装置，其特征在于，所述三维标志物均为立方体或长方体。
3.根据权利要求2所述的线形结构体的形变监测装置，其特征在于，所述立方体或长方体的六个平面的图案均相同，其中，
4.根据权利要求2所述的线形结构体的形变监测装置，其特征在于，所述立方体或长方体的六个平面的材质为航空铝板。
5.一种线形结构体的形变监测方法，其特征在于，采用如权利要求1-4中任一项所述的线形结构体的形变监测装置，其中，所述方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个双向水平视角相机拍摄的当前时刻的三维标志物的影像、上一时刻的三维...
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