[发明专利]一种碟式镜面三维结构实时监控的方法

权利要求书

1.一种碟式镜面三维结构实时监控的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，构建相机阵列

所述的相机阵列由相机和相机支架组成；

步骤2，相机标定

构建一个平面标定板，使用相机阵列从不同角度对标定板，采用张正友标定法分别标定出每台相机内部参数和镜头畸变系数；

步骤3，相机阵列摆放

将相机阵列固定在聚光镜面焦平面的稳定机械结构上，相机镜头面向聚光镜面；

步骤4，拍摄与图片传输

拍摄镜面图像，并传输至处理器；

步骤5，照片预处理

采用步骤2中获得的畸变系数，对照片进行矫正，并变换到灰度值域，根据设定的阈值筛选出镜面区域；

步骤6，特征点选取与匹配

分别在每张照片的镜面区域内和镜面边缘选取特征点，其中镜面上的特征点使用SIFT算法进行选择，并使用SIFT算法中的匹配方法对不同图片上的特征点进行匹配；同时选取镜子支架上的至少三个不动点做为尺度参考点；

步骤7，相机相对位置求解

不同图上的特征点之间通过摄影几何进行关联，得到平移矩阵和旋转矩阵；

步骤8，三维位置重建

根据步骤7中获得的平移矩阵和旋转矩阵进形三角重建，得到原图片上特征点对应的空间中的三维点；

步骤9，三维点修正

在步骤8中获得的点云做到了相似重建；测量实际物体时，步骤6中选择的不动点之间的距离，其与重建结果中的重建不动点之间距离的比值，为尺度变换因子；对所有重建点，都使用尺度变换因子进行修正；此后，以实际不动点空间坐标作为参考，寻找能够满足下式的旋转平移矩阵，使得重建不动点和实际不动点的坐标一致，

X_ref，real＝R·X_{ref，rebuild}+t

其中X_ref指代不动点，即参考点，下标real指实际物理空间中的不动点，rebuild指重建空间中的不动点，其中R和t为求得的旋转矩阵和平移矩阵；

找到对应矩阵之后，同样对所有点应用相同的旋转矩阵和平移矩阵；

步骤10，朝向分析

镜面结构重建完成之后，进一步拟合出镜面曲面，分析其朝向，并计算反射光斑的位置和能流密度。

2.根据权利要求1所述的碟式镜面三维结构实时监控的方法，其特征在于所述的步骤1中的相机阵列由相机和相机支架组成；相机主支架由四根碳纤维管构成一个‘井’字型结构，所述四根碳纤维管包括两根横轴和两根竖轴，四部相机分布在‘井’字的两根横轴的两端上，相机主支架通过两根竖轴与碟式镜面镜支架相连。

3.根据权利要求1所述的碟式镜面三维结构实时监控的方法，其特征在于所述的步骤7具体为：

步骤6得到的不同图上的特征点之间通过摄影几何进行关联，

(u_i,n)^T·F_ij·(v_j,n)＝0 1)

E_ij＝t_ij×R_ij 3)

其中u_i,n和v_j,n代指来自i,j相机的第n个共同点，F矩阵为基础矩阵，用于联系两个视角上对应点的关系，k是相机的内部参数，是从步骤2中获得的；E矩阵为本质矩阵，仅包含相机位置的关系，因此进一步被分为平移矩阵t和旋转矩阵R。