[发明专利]利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法

权利要求书

1.一种利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、相机检校，通过建立已知物点和像点的对应关系，计算成像系统的内方位元素；

S2、影像采集，将立体摄影系统设置在隧道内，采集测区影像；

S3、空三匹配，人工给定航带内立体像对的种子点和航带间相应影像的种子点，获取不同影像上的同名点，给定匹配像对两张影像间的概略偏移量；

S4、点云生成，生成隧道内部结构面的三维点云，构建三维模型；

S5、形变检测，针对隧道施工的不同阶段，获取同一区域在不同时相生成的三维点云，对所生成的三维点云采用克里金插值分别进行拟合得到拟合曲面，对不同时相的拟合曲面做差得到点云插至图，实现对隧道的形变监测。

2.根据权利要求1所述的利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法，其特征在于：上述步骤S1具体包括以下步骤：

A1、固定相机拍摄标定板，获取标定板的影像，根据相机共线方程成像模型，获取等式：

其最小特征值所对应的特征向量为式(1)的最小二乘解；

式中：s为与齐次世界坐标有关的比例缩放因子

u为以像素为单位，以图像左上角为原点的图像坐标系的横坐标

v为以像素为单位，以图像左上角为原点的图像坐标系的纵坐标

A为相机内参数矩阵

R为物方坐标系与影像坐标系旋转变换的旋转矩阵

t为两坐标系原点的平移向量

X Y Z为物方坐标系坐标

A2、根据式(1)的最小特征值建立评价函数，利用Levenberg-Marquarat算法求解内方位元素，建立相机内方位元素求解的两个约束条件：

令

解得内方位元素：

式中：h为单应性矩阵，即上述A矩阵与[R,t]相乘得到的矩阵

B为A^-TA^-1其中为相机内参数矩阵

α为一个像素在X方向的物理尺寸

β为一个像素在Y方向的物理尺寸

γ为倾斜因子，表示像素坐标系中两个轴之间的角度

f为主距即摄影中心到影像平面的距离

λ为任意标量使得H＝λA[r₁,r₂,t]

A3、转动标定板，从不同的角度拍摄n幅图像，求解下式的最小值得到最大似然估计，

式中：m为图像中相同的标定点数量；

m_ij是三维场景中第j个物点在第i幅图像上的像坐标矢量；

R_i是第i幅图像的旋转矩阵；

t_i是第i幅图像的平移量；

M_j是三维场景中第j个物点的空间坐标；

是通过已知初始值得到的像点估计坐标；

A4、镜头畸变校正，设定径向畸变的畸变模型：

式中：(x,y)为校正前的图像坐标；

为校正后的图像坐标；

k₁为一阶径向畸变系数；

k₂为二阶径向畸变系数；

将式(5)转换为像素坐标：

式中：(u,v)为校正前的图像像素坐标；

为校正后的图像像素坐标；

将n幅图像的像素坐标方程叠加，得到矩阵：

简化得：

Dk＝d (8)

对式(8)进行最小二乘方法求的畸变参数：

k＝(D^TD)^-1D^Td (9)

A5、求的k₁和k₂，通过非线性化优化过程校正内方位元素，重新计算然后重新应用最大似然估计和Levenber-Marquarat算法迭代进行最小化处理，减小径向畸变误差，求得内方位元素。