本發(fā)明涉及電力
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種鐵塔變形測量裝置及其方法。
背景技術(shù)：
：大型輸電鐵塔是大負(fù)荷電能輸送的載體，特別是大跨越輸電塔，具有塔體高、跨距大、柔度大等特點，對地震、風(fēng)以及導(dǎo)線覆冰等環(huán)境載荷反應(yīng)靈敏，可能會產(chǎn)生多種形式的變形，容易發(fā)生振動疲勞損傷和極端條件下的動態(tài)倒塌破壞。因此，輸電鐵塔應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度以保證輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前，多種行之有效的變形測試技術(shù)已應(yīng)用到輸電鐵塔變形監(jiān)測中，但是由于其工作原理、技術(shù)水平等因素，這些技術(shù)仍存在一定的局限性。早期對輸電鐵塔的監(jiān)控主要是通過人工巡檢的方式，這種檢測方式速度慢，準(zhǔn)確性低，特別是在災(zāi)害天氣條件下人工巡檢有很大困難。由于電測技術(shù)的發(fā)展，位移傳感器和應(yīng)變片的應(yīng)用大大提高了測量的準(zhǔn)確性。然而，這種測試方法屬于接觸式測量，具有采樣點有限、傳感器的量程有限、易受外部環(huán)境干擾等缺點，同時傳感器及其連接導(dǎo)線的自重會加大桿塔結(jié)構(gòu)的負(fù)重，從而影響測試結(jié)果。光學(xué)測繪儀器如水準(zhǔn)儀、全站儀等，雖然能夠提供較高的測量精度，但是其檢測范圍有限，只能實現(xiàn)逐點監(jiān)測，無法實現(xiàn)全場大范圍的測試，也不能得到鐵塔材料的應(yīng)變，而且對鐵塔振動情況下的動態(tài)變形監(jiān)測也存在一定困難。近期，視頻監(jiān)控系統(tǒng)被用于特高壓輸電線路的某些關(guān)鍵位置桿塔運(yùn)行狀況的監(jiān)測。但這種監(jiān)控技術(shù)也只是將視頻圖像傳回給觀測點，需要工作人員通過視頻圖像判斷輸電鐵塔的工作狀況，工作強(qiáng)度大，不能提供定量鐵塔變形數(shù)據(jù)?；谛l(wèi)星監(jiān)測和GPS定位技術(shù)等方法也應(yīng)用于鋼塔變形測試，但是其準(zhǔn)確度均難以保證。目前，國內(nèi)桿塔安全實驗中關(guān)鍵點位移是使用全站儀來測量的。全站儀是一種綜合利用光、機(jī)、電技術(shù)的測量裝置。歷經(jīng)多年發(fā)展，已經(jīng)非常成熟。但是，目前全站儀是通過人為操作利用逐點掃描的方式來進(jìn)行位置檢測的。這種方式的第一個缺點是 操作過程繁瑣，第二個缺點是人為操作會帶來很大的測量誤差。綜合來看，現(xiàn)有的鐵塔變形測試技術(shù)的發(fā)展水平仍存在一定局限性。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種鐵塔變形測量裝置及其方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的一項或多項缺失。本發(fā)明提供一種鐵塔變形測量裝置，所述裝置包括：第一攝像裝置、第二攝像裝置、圖像采集裝置及處理器；所述第一攝像裝置和所述第二攝像裝置設(shè)置在不同的位置，均用于拍攝一鐵塔發(fā)生變形前后的圖像；所述圖像采集裝置與所述第一攝像裝置及所述第二攝像裝置分別連接，用于采集所述第一攝像裝置和所述第二攝像裝置拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像；所述處理器與所述圖像采集裝置連接，用于利用所述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像，依據(jù)雙目視覺測量原理計算得到所述鐵塔上的監(jiān)測點在所述鐵塔發(fā)生變形前后的位移。一個實施例中，所述裝置還包括：定位裝置，用于測定兩個所述攝像裝置的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的空間坐標(biāo)，以標(biāo)定所述第一攝像裝置及所述第二攝像裝置的空間參數(shù)，所述空間參數(shù)用以計算所述位移。一個實施例中，所述定位裝置為全站儀。一個實施例中，所述第一攝像裝置和所述鐵塔之間的連線與所述第二攝像裝置和所述鐵塔之間的連線呈一設(shè)定夾角。一個實施例中，所述第一攝像裝置包括：第一數(shù)字拍攝儀器、第一云臺及第一三腳架；其中，所述第一云臺安裝于所述第一三腳架上，所述第一數(shù)字拍攝儀器安裝于所述第一云臺上；所述第一云臺用于調(diào)整所述第一數(shù)字拍攝儀器的拍攝方向及角度；所述第一數(shù)字拍攝儀器為數(shù)字相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。一個實施例中，所述第二攝像裝置包括：第二數(shù)字拍攝儀器、第二云臺及第二三腳架；其中，所述第二云臺安裝于所述第二三腳架上，所述第二數(shù)字拍攝儀器安裝于所述第二云臺上；所述第二云臺用于調(diào)整所述第二數(shù)字拍攝儀器的拍攝方向及角度；所述第二數(shù)字拍攝儀器為數(shù)字相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。本發(fā)明還提供一種鐵塔變形測量方法，適用于上述鐵塔變形測量裝置，所述方法包括：通過設(shè)置在不同位置的兩個攝像裝置均拍攝一鐵塔發(fā)生變形前后的圖像；利用 所述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像和兩個所述攝像裝置的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，根據(jù)雙目視覺測量原理計算得到所述鐵塔上的監(jiān)測點在所述鐵塔發(fā)生變形前后的位移。一個實施例中，利用所述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像和兩個所述攝像裝置的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，根據(jù)雙目視覺測量原理計算得到所述鐵塔上的監(jiān)測點在所述鐵塔發(fā)生變形前后的位移，包括：根據(jù)兩個所述攝像裝置拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像，確定所述監(jiān)測點的第一圖像坐標(biāo)；根據(jù)兩個所述攝像裝置拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像，確定所述監(jiān)測點的第二圖像坐標(biāo)；根據(jù)所述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，得到兩個所述攝像裝置的空間位置參數(shù)；利用所述第一圖像坐標(biāo)和所述第二圖像坐標(biāo)，根據(jù)所述空間位置參數(shù)和雙目視覺測量原理中的三角關(guān)系分別計算得到所述監(jiān)測點在所述鐵塔發(fā)生變形之前的第一世界坐標(biāo)和所述監(jiān)測點在所述鐵塔發(fā)生變形之后的第二世界坐標(biāo)；根據(jù)所述第一世界坐標(biāo)和所述第二世界坐標(biāo)，計算得到所述位移。一個實施例中，根據(jù)兩個所述攝像裝置拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像，確定所述監(jiān)測點的第一圖像坐標(biāo)，包括：在其中一個攝像裝置所拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像中選取以所述監(jiān)測點為中心的第一區(qū)域；以所述第一區(qū)域為參照，利用數(shù)字圖像相關(guān)函數(shù)，確定在另一個攝像裝置所拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像中以所述監(jiān)測點為中心的第二區(qū)域；根據(jù)所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域確定所述監(jiān)測點的所述第一圖像坐標(biāo)。一個實施例中，根據(jù)兩個所述攝像裝置拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像，確定所述監(jiān)測點的第二圖像坐標(biāo)，包括：在其中一個攝像裝置所拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像中，利用數(shù)字圖像相關(guān)函數(shù)與所述第一區(qū)域，確定以所述監(jiān)測點為中心的第三區(qū)域；以所述第三區(qū)域為參照，利用數(shù)字圖像相關(guān)函數(shù)，確定在另一個攝像裝置所拍攝的所述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像中以所述監(jiān)測點為中心的第四區(qū)域；根據(jù)所述第三區(qū)域和所述第四區(qū)域確定所述監(jiān)測點的所述第二圖像坐標(biāo)。一個實施例中，還包括：通過定位裝置測定所述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)。一個實施例中，根據(jù)所述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，得到兩個所述攝像裝置的空間位置參數(shù)，包括：根據(jù)所述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，得到世界坐標(biāo)系分別與兩個所述攝像裝置的圖像坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換的投影矩陣；根據(jù)所述投 影矩陣和兩個所述攝像裝置的內(nèi)部參數(shù)，確定所述空間位置參數(shù)。一個實施例中，所有所述的世界坐標(biāo)系以所述鐵塔上的一節(jié)點為原點。本發(fā)明的鐵塔變形測量裝置及方法，使用光學(xué)原理進(jìn)行測量，能夠進(jìn)行無損非接觸測試，能夠測到鐵塔各節(jié)點三維變形，能夠提供相機(jī)取景范圍內(nèi)所有節(jié)點的測量數(shù)據(jù)，從而分析結(jié)構(gòu)變形的全場分布情況。本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量方法，可以用于靜態(tài)測試，也可用于動態(tài)測試，適用范圍更廣，而且具有操作方便快捷、便攜性好的優(yōu)點。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：圖1是本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明一實施例中鐵塔的設(shè)定點和檢測點的位置示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量方法的流程示意圖；圖4是本發(fā)明一實施例中獲取鐵塔變形位移的方法流程示意圖；圖5是本發(fā)明一實施例中攝像機(jī)的拍攝原理示意圖；圖6是本發(fā)明一實施例中平行雙目視覺測量原理的示意圖；圖7是本發(fā)明一實施例中交匯雙目視覺測量原理的示意圖；圖8是本發(fā)明一實施例中確定圖像坐標(biāo)的方法流程圖；圖9是本發(fā)明一實施例中確定圖像坐標(biāo)的方法流程圖；圖10是本發(fā)明另一實施例的鐵塔變形測量方法的流程示意圖；圖11是本發(fā)明一實施例中獲取簡化的投影矩陣的方法流程示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明提供一種鐵塔變形測量裝置及其方法。該裝置及方法以雙目視覺原理和數(shù)字圖像相關(guān)方法(DIC)為基礎(chǔ)進(jìn)行輸電鐵塔的變形測量，能夠為實現(xiàn)輸電鐵塔整體變形的精確監(jiān)測提供有效手段，為輸電鐵塔的可靠性分析提供實驗依據(jù)。圖1是本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該鐵塔變形測量裝置包括：第一攝像裝置200、第二攝像裝置300、圖像采集裝置400及處理器500。第一攝像裝置200和第二攝像裝置300設(shè)置在不同的位置，均用于拍攝鐵塔100發(fā)生變形前后的圖像。圖像采集裝置400與第一攝像裝置200及第二攝像裝置300分別連接，用于采集第一攝像裝置200和第二攝像裝置300拍攝的鐵塔100發(fā)生變形前后的圖像。處理器500與圖像采集裝置400連接，用于利用鐵塔100發(fā)生變形前后的圖像，依據(jù)雙目視覺測量原理計算得到鐵塔100上的監(jiān)測點在鐵塔100發(fā)生變形前后的位移。本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量裝置，能夠?qū)﹁F塔各個關(guān)鍵節(jié)點三維變形情況進(jìn)行跟蹤，從而實現(xiàn)對鐵塔整體變形情況的測量。相對于傳統(tǒng)檢測裝置，本發(fā)明實施例的裝置使用光學(xué)成像的方法進(jìn)行監(jiān)測，能夠進(jìn)行無損測量，而且，還具有操作快捷、便攜性好的優(yōu)點。本發(fā)明的裝置，可用于測量輸電鐵塔整體結(jié)構(gòu)的變形情況，其所測變形數(shù)據(jù)可用于鐵塔運(yùn)行狀態(tài)分析，判斷鐵塔安全程度。上述的第一攝像裝置200和第二攝像裝置300可以用于拍攝靜態(tài)圖片，也可以用于拍攝動態(tài)視頻影像，所以鐵塔100發(fā)生變形前后的圖像可以是靜態(tài)圖片或者視頻影像。如此一來，本發(fā)明實施例的裝置適用范圍更廣，可以用于靜態(tài)測試，也可以用于動態(tài)測試。第一攝像裝置200和第二攝像裝置300可以由不同的固定裝置和拍攝儀器組成。較佳地，第一攝像裝置200和第二攝像裝置300由相同的固定裝置和拍攝儀器組成，還且可以方便地調(diào)整拍攝的方向和角度。如圖1所示，第一攝像裝置200可包括：第一數(shù)字拍攝儀器201、第一云臺202及第一三腳架203。其中，第一云臺202安裝于第一三腳架203上，例如可為三維云臺，用于固定第一數(shù)字拍攝儀器201；第一數(shù)字拍攝儀器201安裝于第一云臺202上；第一云臺202可用于調(diào)整第一數(shù)字拍攝儀器201的拍攝方向及角度(例如水平轉(zhuǎn)角和俯仰角)。上述的第一數(shù)字拍攝儀器201可為數(shù)字相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。再如圖1所示，上述的第二攝像裝置300可包括：第二數(shù)字拍攝儀器301、第二云臺302及第二三腳架303。其中，第二云臺302，安裝于第二三腳架303上，例如可為三維云臺，用于固定第二數(shù)字拍攝儀器301；第二數(shù)字拍攝儀器301安裝于第二云臺302上；第二云臺302用于調(diào)整第二數(shù)字拍攝儀器301的拍攝方向及角度(例如水平轉(zhuǎn)角和俯仰角)。上述的第二數(shù)字拍攝儀器301可為數(shù)字相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。較佳實施例中，第一攝像裝置200和第二攝像裝置300的構(gòu)成可均如圖1所示，且第一數(shù)字拍攝儀器201和第二數(shù)字拍攝儀器301及其各自的配套鏡頭可均為同型號同規(guī)格的。第一云臺202和第二云臺302可為相同的云臺。第一三腳架203和第二三腳架303可為相同的三腳架，用于以同等效果固定云臺和拍攝儀器。在一個實施例中，第一攝像裝置200和鐵塔100之間的連線與第二攝像裝置300和鐵塔100之間的連線呈一設(shè)定夾角?；蛘叩谝粩z像裝置200拍攝鐵塔100的方向與第二攝像裝置300拍攝鐵塔100的方向之間呈一設(shè)定夾角。如此一來，第一攝像裝置200和第二攝像裝置300均可以較容易地拍攝到鐵塔100的全貌。上述的圖像采集裝置400用于將第一攝像裝置200和第二攝像裝置300拍攝的圖像或視頻影像傳送至上述的處理器500。較佳實施例中，該圖像采集裝置400還可用于控制第一攝像裝置200(第一數(shù)字拍攝儀器201)和第二攝像裝置300(第二數(shù)字拍攝儀器301)同步拍攝，如此一來可以使第一攝像裝置200(第一數(shù)字拍攝儀器201)和第二攝像裝置300(第二數(shù)字拍攝儀器301)在同一時刻拍攝同樣變形狀態(tài)的鐵塔100，有利于方便、準(zhǔn)確地分析鐵塔的變形情況。上述的處理器500可對兩臺拍攝儀器或攝像裝置(第一數(shù)字拍攝儀器201和第二數(shù)字拍攝儀器301或者第一攝像裝置200和第二攝像裝置300)采集的圖像(動態(tài)或靜態(tài))進(jìn)行分析，計算得到鐵塔100各節(jié)點在鐵塔100變形前后的位移情況。處理器500只要能夠利用雙目視覺測量原理和數(shù)字圖像相關(guān)函數(shù)方法，由兩個攝像裝置分別鐵塔100變形前后的圖像，得到鐵塔100變形前后的世界坐標(biāo)，進(jìn)而得到上述位移。該處理器500例如可以是一臺裝有相應(yīng)軟件的計算機(jī)或服務(wù)器，該軟件可以是現(xiàn)有的數(shù)字圖像處理軟件。再如圖1所示，本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量裝置可以包括定位裝置600，用于測定兩個上述攝像裝置(第一攝像裝置200和第二攝像裝置300或者第一數(shù)字拍攝儀器201和第二數(shù)字拍攝儀器301)的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的空間坐標(biāo)，以 標(biāo)定上述第一攝像裝置及上述第二攝像裝置的空間參數(shù)，上述空間參數(shù)用以計算上述位移。該定位裝置600可以是各種能夠用于測量空間中某點的世界坐標(biāo)的裝置，例如全站儀或者可行的激光定位裝置。該定位裝置600可以測量多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)，例如鐵塔100變形前若干關(guān)鍵節(jié)點的世界坐標(biāo)(空間位置參數(shù))。利用上述設(shè)定點的世界坐標(biāo)或者空間位置參數(shù)可以對數(shù)字拍攝儀器(第一數(shù)字拍攝儀器201和第二數(shù)字拍攝儀器301)的空間參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。從而利用數(shù)字拍攝儀器的空間參數(shù)及內(nèi)部參數(shù)，得到將鐵塔100的監(jiān)測點在拍攝圖像或影像中的圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至世界坐標(biāo)的簡化的投影矩陣。本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量裝置，與傳統(tǒng)監(jiān)測裝置相比，僅利用定位裝置測量少數(shù)幾個點的世界坐標(biāo)/空間參數(shù)，鐵塔上的各個監(jiān)測點的空間參數(shù)均可以通過該檢測點的雙目圖像得到，測量更方便。該雙目圖像可指第一攝像裝置200和第二攝像裝置300分別拍攝的監(jiān)測點的圖像。在一個實施例中，若已由多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)是已知的，則可以根據(jù)該已知的世界坐標(biāo)和上述多個設(shè)定點的圖像坐標(biāo)得到將鐵塔100的監(jiān)測點在拍攝圖像或影像中的圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至世界坐標(biāo)的投影矩陣。其中上述多個設(shè)定點的圖像坐標(biāo)，可以根據(jù)第一攝像裝置200和第二攝像裝置300單獨(dú)拍攝的上述多個設(shè)定點的圖像，經(jīng)過處理器500的處理得到。如此一來，可以更加方便的得到鐵塔的變形情況。圖2是本發(fā)明一實施例中鐵塔的設(shè)定點和檢測點的位置示意圖。如圖2所示，上述的設(shè)定點可以是在上述兩個攝像裝置視野內(nèi)的點，例如鐵塔上的點，較佳地是鐵塔100上的關(guān)鍵節(jié)點A～H中的其中兩個及以上。上述的監(jiān)測點可以是鐵塔100上的監(jiān)測點J1～J9，還可以是鐵塔100上其他各位置的點，具體可視需要而定。上述各實施例中的世界坐標(biāo)可以空間中個點為坐標(biāo)原點。較佳地，可以鐵塔上的點為坐標(biāo)原點，如圖2所示，例如以關(guān)鍵節(jié)點D為坐標(biāo)原點，以此可以使計算簡潔，減少處理器600的計算量。本發(fā)明的鐵塔變形測量裝置，使用光學(xué)原理進(jìn)行測量，能夠進(jìn)行無損非接觸測試，能夠測到鐵塔各節(jié)點三維變形，能夠提供相機(jī)取景范圍內(nèi)所有節(jié)點的測量數(shù)據(jù)，從而分析結(jié)構(gòu)變形的全場分布情況。本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量裝置，可以用于靜態(tài)測試，也可用于動態(tài)測試，適用范圍更廣，而且具有操作方便快捷、便攜性好的優(yōu)點。根據(jù)上述鐵塔變形測量裝置，本發(fā)明還提供一種鐵塔變形測量方法。該鐵塔變形測量方法適用于上述各實施例的鐵塔變形測量裝置，也適用于其他能夠?qū)崿F(xiàn)該方法的功效的鐵塔變形測量裝置。根據(jù)下述鐵塔變形測量方法可以更好地說明上述鐵塔變形測量裝置的實施及功效。圖3是本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量方法的流程示意圖。如圖3所示，該鐵塔變形測量方法，可包括步驟：S110：通過設(shè)置在不同位置的兩個攝像裝置均拍攝一鐵塔發(fā)生變形前后的圖像；S120：利用上述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像和兩個上述攝像裝置的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，根據(jù)雙目視覺測量原理計算得到上述鐵塔上的監(jiān)測點在上述鐵塔發(fā)生變形前后的位移。本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量方法，能夠?qū)﹁F塔各個關(guān)鍵節(jié)點三維變形情況進(jìn)行跟蹤，從而實現(xiàn)對鐵塔整體變形情況的測量。相對于傳統(tǒng)檢測裝置，本發(fā)明實施例的方法使用光學(xué)成像的方法進(jìn)行監(jiān)測，是一種無損測量方法，而且，還具有操作快捷、便攜性好的優(yōu)點。圖4是本發(fā)明一實施例中獲取鐵塔變形位移的方法流程示意圖。如圖4所示，在圖3所示的鐵塔變形測量方法的步驟S120中，利用述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像和兩個上述攝像裝置的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，根據(jù)雙目視覺測量原理計算得到上述鐵塔上的監(jiān)測點在上述鐵塔發(fā)生變形前后的位移，可包括步驟：S121：根據(jù)兩個上述攝像裝置拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像，確定上述監(jiān)測點的第一圖像坐標(biāo)；S122：根據(jù)兩個上述攝像裝置拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像，確定上述監(jiān)測點的第二圖像坐標(biāo)；S123：根據(jù)上述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，得到兩個所述攝像裝置的空間位置參數(shù)；S124：利用上述第一圖像坐標(biāo)和上述第二圖像坐標(biāo)，根據(jù)所述空間位置參數(shù)和雙目視覺測量原理中的三角關(guān)系分別計算得到上述監(jiān)測點在上述鐵塔發(fā)生變形之前的第一世界坐標(biāo)和上述監(jiān)測點在上述鐵塔發(fā)生變形之后的第二世界坐標(biāo)；S125：根據(jù)上述第一世界坐標(biāo)和上述第二世界坐標(biāo)，計算得到上述位移。本發(fā)明實施例中，圖像坐標(biāo)可指在拍攝儀器的圖像平面中的坐標(biāo)，該圖像坐標(biāo)可以以該圖像平面的中心作為坐標(biāo)原點。圖5是本發(fā)明一實施例中攝像機(jī)的拍攝原理示意圖。如圖5所示，以針孔攝像機(jī)為例，該圖像平面的主點位置可為(cx，cy)，即圖像平面與拍攝儀器光軸的交點為(cx，cy)。對于空間中某物體上的一點Q在世界坐標(biāo)系中的世界坐標(biāo)為(X，Y，Z)，則該點Q通過針孔攝像機(jī)的小孔平面后，投影到拍攝儀器的圖像平面，圖像坐標(biāo)為(xscreen，yscreen)。該點Q的世界坐標(biāo)(X，Y，Z)和圖像坐標(biāo)(xscreen，yscreen)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系符合：在圖5中，f是相機(jī)的焦距，Z是相機(jī)距離物體的距離，X是物體的高度。在公式(1)中，焦距值fx是物理焦距長度f和單個圖像單元長度sx之間的乘積，焦距值fy是物理焦距長度和單個圖像單元長度sy之間的乘積，在攝像機(jī)標(biāo)定的過程中這兩個焦距值fx、fy以及主點坐標(biāo)cx、cy可以通過相機(jī)標(biāo)定程序來測量。對應(yīng)空間中的一點Qi的坐標(biāo)(Xi，Yi，Zi)和該點Qi在攝像機(jī)的投影平面(圖像平面)上的投影點的圖像坐標(biāo)(xi，yi)之間的關(guān)系可被稱為投影轉(zhuǎn)換關(guān)系。當(dāng)進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換時，可使用齊次坐標(biāo)，以方便計算。齊次坐標(biāo)是將空間一個n維的向量用n+1維表示。本發(fā)明實施例中，圖像平面可以是投影空間，是一個二維空間，使用三維向量(x，y，w)表示圖像平面上的一點。因為所有點在投影空間中的比例值(不同焦距放大縮小后的比例)是相等的，所以可以把實際的像素坐標(biāo)除以w，可將相機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個3×3的矩陣，稱為內(nèi)參矩陣。物理空間中的點和在相機(jī)中投影的點的關(guān)系可以表示為：q＝MQ，(2)其中，在公式(2)中，q為圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，Q為世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，M為系數(shù)矩陣。通過上面的矩陣乘法運(yùn)算就可以發(fā)現(xiàn)w＝z，因為在此使用的是齊次坐標(biāo)系， 因此計算得到圖像坐標(biāo)q后，需要對q的第一分量和第二個分量除以w，所以公式(2)和公式(1)可取得均等的效果。雙目視覺測量原理/雙目視覺視覺是基于視差，通過多幅圖像的信息并根據(jù)光學(xué)三角原理進(jìn)行三維信息獲取的方法?？梢酝ㄟ^攝像機(jī)平面和被測物體間建立的三角形，計算出場景的深度信息，恢復(fù)物體的三維幾何信息，重新構(gòu)建周圍景物的形狀和位置。根據(jù)相機(jī)光軸的方位，雙目視覺視覺分為平行式雙目視覺視覺和交匯式雙目視覺視覺。一個實施例中，在上述步驟S120中可以使用平行式雙目視覺視覺測量原理，利用上述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像和兩個上述攝像裝置的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)，計算得到上述鐵塔上的監(jiān)測點在上述鐵塔發(fā)生變形前后的位移。圖6是本發(fā)明一實施例中平行雙目視覺測量原理的示意圖。如圖6所示，兩個攝像儀器的光軸612、622相互平行，兩攝像儀器的光軸612、622之間的距離基線距為B，空間上的一點P在左右兩個攝像儀器靶面所呈的像分別為PL和PR。由于點P在左圖像611和右圖像621上的縱坐標(biāo)yL和yR相同，即y＝y(tǒng)L＝y(tǒng)R，點P在左圖像611和右圖像621上的橫坐標(biāo)分別為xL和xR，所以根據(jù)三角幾何關(guān)系可以得到：其中，f為攝像儀器的焦距。根據(jù)匹配好的左右相機(jī)圖像的特征點，計算出視差，就可以得到該點在三維空間坐標(biāo)。該方法具有模型簡單、計算方便的優(yōu)點。另一個實施例中，在上述步驟S120中可以使用交匯式雙目視覺視覺測量原理，利用上述鐵塔發(fā)生變形前后的圖像和兩個上述攝像裝置的視場范圍內(nèi)的空間中多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)，計算得到上述鐵塔上的監(jiān)測點在上述鐵塔發(fā)生變形前后的位移。圖7是本發(fā)明一實施例中交匯雙目視覺測量原理的示意圖。如圖7所示，交匯式雙目視覺視覺由拍攝方向成一定角度的兩個攝像儀器構(gòu)成。Ol和Or表示左右兩個攝像儀器鏡頭的光心?？臻g中的任一點A在左右兩個攝像儀器耙面Cl和Cr上投影的像點為al(ul，vl)和ar(ur，vr)，即為圖像坐標(biāo)。其中，左攝像儀器耙面Cl的圖像坐標(biāo)系原點為ol，右攝像儀器耙面Cr的圖像坐標(biāo)系原點為or。連接像點al(ul，vl)和ar(ur，vr)與它們各自攝像儀器鏡頭的光心Ol和Or得到投影線alOl和arOr。這兩條投影線的交 點為空間中的物點A。根據(jù)攝像儀器的透鏡映射關(guān)系，通過兩條投影線alOl和arOr的交點可以確定出目標(biāo)物點A的位置，即世界坐標(biāo)(X，Y，Z)。其中，點A的世界坐標(biāo)以O(shè)點為坐標(biāo)原點。攝像儀器的投影映射關(guān)系和投影線的角度可分別由攝像儀器的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)來確定。根據(jù)針孔攝像機(jī)模型，采用齊次坐標(biāo)，數(shù)字圖像坐標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系關(guān)系如下：fx＝f×dx其中，fy＝f×dy。公式(4)中，u，v是A點在圖像坐標(biāo)系上的像素坐標(biāo)，f為拍攝器材的透鏡焦距。u0，v0為圖像中心在拍攝儀器坐標(biāo)系(例如相機(jī)坐標(biāo)系)中的位置。焦距值fx是物理焦距長度和單個圖像單元長度dx之間的乘積，類似地，焦距值fy是物理焦距長度和單個圖像單元長度dy之間的乘積，焦距值fx、焦距值fy、攝儀器坐標(biāo)u0及攝儀器坐標(biāo)系v0可被稱為拍攝儀器的內(nèi)部參數(shù)。根據(jù)拍攝儀器的小孔成像模型，空間中的點A(X，Y，Z)與其像點(x，y，z)的關(guān)系可以用拍攝儀器的外部參數(shù)來表示，即世界坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系可為：可令公式(5)中的系數(shù)矩陣[rt]可通過拍攝儀器中內(nèi)部參數(shù)和設(shè)定點的已知空間坐標(biāo)系進(jìn)行標(biāo)定。將公式(4)和公式(5)結(jié)合在一起，可以得到：本發(fā)明實施例中，根據(jù)多個攝像儀器拍攝的圖像，依據(jù)公式(6)可以得到多個矩陣方程，根據(jù)這些矩陣方程，即雙目視覺測量原理，可以由監(jiān)測點的圖像坐標(biāo)求得其世界坐標(biāo)。當(dāng)多個攝像機(jī)進(jìn)行交匯組成系統(tǒng)時，可以得到2i個方程，從而組成超定方程組，這樣可以用最小二乘法對方程進(jìn)行求解得到空間物點的坐標(biāo)。通常，將(6)中兩個變換矩陣的乘積記為投影矩陣H，即：本發(fā)明實施例中，在使用相關(guān)方法進(jìn)行特征點匹配的過程中，首先要拍攝同一時刻的兩幅數(shù)字圖像，一幅作為參照圖像，另一幅作為匹配圖像。參照圖像和匹配圖像的灰度分布分別為f(x，y)與g(x，y)。通過在匹配圖像中搜索與參照圖像中的一塊以特征點/監(jiān)測點為中心的(2M+1)×(2M+1)大小的子區(qū)相似程度最高的子區(qū)來計算特征點的位移。兩塊子區(qū)的相似程度用相關(guān)函數(shù)來定義。相關(guān)函數(shù)的表達(dá)式可為：圖8是本發(fā)明一實施例中確定圖像坐標(biāo)的方法流程圖。如圖8所示，在上述步驟S121中，根據(jù)兩個上述攝像裝置拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像，確定上述監(jiān)測點的第一圖像坐標(biāo)，可包括步驟：S1211：在其中一個攝像裝置所拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像中選取以上述監(jiān)測點為中心的第一區(qū)域；S1212：以上述第一區(qū)域為參照，利用數(shù)字圖像相關(guān)函數(shù)，確定在另一個攝像裝置所拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之前的圖像中以上述監(jiān)測點為中心的第二區(qū)域；S1213：根據(jù)上述第一區(qū)域和上述第二區(qū)域確定上述監(jiān)測點的上述第一圖像坐標(biāo)。在上述步驟S1213中，可以根據(jù)上述第一區(qū)域和上述第二區(qū)域可以將各自的特征 點/監(jiān)測點的圖像坐標(biāo)作為響應(yīng)區(qū)域的圖像坐標(biāo)，此處，圖像坐標(biāo)可以直接由處理器輸出。圖9是本發(fā)明一實施例中確定圖像坐標(biāo)的方法流程圖。如圖9所示，在上述步驟S122中，根據(jù)兩個上述攝像裝置拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像，確定上述監(jiān)測點的第二圖像坐標(biāo)，可包括步驟：S1221：在其中一個攝像裝置所拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像中，利用數(shù)字圖像相關(guān)函數(shù)與所述第一區(qū)域，確定以上述監(jiān)測點為中心的第三區(qū)域；S1222：以上述第三區(qū)域為參照，利用數(shù)字圖像相關(guān)函數(shù)，確定在另一個攝像裝置所拍攝的上述鐵塔發(fā)生變形之后的圖像中以上述監(jiān)測點為中心的第四區(qū)域；S1223：根據(jù)上述第三區(qū)域和上述第四區(qū)域確定上述監(jiān)測點的上述第二圖像坐標(biāo)。在上述步驟S1223中，可以根據(jù)上述第三區(qū)域和上述第三區(qū)域可以將各自的特征點/監(jiān)測點的圖像坐標(biāo)作為響應(yīng)區(qū)域的圖像坐標(biāo)，此處，圖像坐標(biāo)可以直接由處理器輸出。圖10是本發(fā)明另一實施例的鐵塔變形測量方法的流程示意圖。如圖10所示，在圖3所示的鐵塔變形測量方法的流程示意圖，還可包括步驟：S130：通過定位裝置測定上述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)。本發(fā)明實施例中，通過定位裝置測定上述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)，可以解決拍攝儀器空間參數(shù)不好確定的困難。圖11是本發(fā)明一實施例中獲取簡化的投影矩陣的方法流程示意圖。如圖11所示，在上述步驟S123中，根據(jù)所述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，得到兩個所述攝像裝置的空間位置參數(shù)，即進(jìn)行標(biāo)定的方法，可包括步驟：S1231：根據(jù)上述多個設(shè)定點的世界坐標(biāo)及圖像坐標(biāo)，得到世界坐標(biāo)系分別與兩個所述攝像裝置的圖像坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換的投影矩陣；S1232：根據(jù)所述投影矩陣和兩個所述攝像裝置的內(nèi)部參數(shù)，確定所述空間位置參數(shù)。一個實施例中，所有上述的世界坐標(biāo)系以上述鐵塔上的一節(jié)點為原點。本發(fā)明實施例中，以上述鐵塔上的一節(jié)點為原點可以簡化上述位移的計算。一個具體實施例中，首先，在鐵塔前方一定距離分別架設(shè)兩臺相機(jī)；然后，將兩臺相機(jī)連接至圖形才裝置，將圖像采集裝置連接至計算機(jī)；之后在計算機(jī)上觀察兩臺 相機(jī)的成像效果，調(diào)整云臺使鐵塔位于圖像中央，調(diào)整相機(jī)放大倍數(shù)和焦距，使成像清晰；進(jìn)而，隨機(jī)選取鐵塔上的若干節(jié)點，使用激光定位裝置確定這些關(guān)鍵點的空間坐標(biāo)，如表1所示，并將這些節(jié)點與兩臺相機(jī)所拍攝的兩幅圖像中的圖像坐標(biāo)相對應(yīng)(如表1所示)，進(jìn)一步標(biāo)定出兩臺相機(jī)的空間參數(shù)(如表2所示)，其中，包括相機(jī)空間坐標(biāo)和與空間坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的夾角。在鐵塔上選取監(jiān)測點，計算機(jī)自動計算監(jiān)測點空間坐標(biāo)，如表3所示；使用計算機(jī)控制相機(jī)，同步拍攝鐵塔變形過程圖像，并計算所測量點的位移情況，如表4至表12所示。表1相機(jī)空間參數(shù)標(biāo)定點坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)表2相機(jī)空間參數(shù)測點XYZ113.50.5958.5213.69950.39555.65313.89550.19952.85415.17-0.7-10516.19-1.295-18.5614.09500714.27-0.175-2.58230.5958.592200表3監(jiān)測點的空間坐標(biāo)表4測點1的位移測量結(jié)果表5測點2的位移測量結(jié)果表6測點3的位移測量結(jié)果表7測點4的位移測量結(jié)果表8測點5的位移測量結(jié)果表9測點6的位移測量結(jié)果表10測點7的位移測量結(jié)果表11測點8的位移測量結(jié)果表12測點9的位移測量結(jié)果本發(fā)明的鐵塔變形測量方法，使用光學(xué)原理進(jìn)行測量，能夠進(jìn)行無損非接觸測試，能夠測到鐵塔各節(jié)點三維變形，能夠提供相機(jī)取景范圍內(nèi)所有節(jié)點的測量數(shù)據(jù)，從而分析結(jié)構(gòu)變形的全場分布情況。本發(fā)明實施例的鐵塔變形測量方法，可以用于靜態(tài)測試，也可用于動態(tài)測試，適用范圍更廣，而且具有操作方便快捷、便攜性好的優(yōu)點。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機(jī)可用程序代碼的計算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實施的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機(jī)程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計算機(jī)程序指令到通用計算機(jī)、專用計算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè) 備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。這些計算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。這些計算機(jī)程序指令也可裝載到計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機(jī)實現(xiàn)的處理，從而在計算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3