[发明专利]一种基于CCD相机的空间位移与应变测量装置和方法

权利要求书

1.一种基于CCD相机的空间位移与应变测量装置，其特征在于，包括CCD彩色相机、第一分光镜、第二分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜；

所述第一反射镜、第一分光镜和第二分光镜组成第一光路，所述第二反射镜、第一分光镜组成第二光路，所述第三反射镜、第二分光镜和第一分光镜组成第三光路；所述第一光路、第二光路和第三光路均进入所述CCD彩色相机；

所述CCD彩色相机用于通过所述第一光路、第二光路和第三光路进行拍摄，从而获取目标图像；

所述CCD彩色相机经数据线与一具有图像处理功能的计算机相连，所述计算机用于对所述目标图像的特征进行提取，并记录所述目标图像中像素点的坐标位置，从而计算得出位移变量；

其中，进行位移测量前选定特征点，CCD彩色相机对特征点连续多次拍摄多幅图像；选取其中一幅图像作为参考图像，选取其他图像作为目标图像；利用相机标定参数对图像进行畸变校正；对畸变校正后的参考图像的特征点的信息进行提取并存入数据库中，包括各像素点在参考图像中的二维位置信息，然后再与畸变校正后的参考图像的特征点进行匹配；

设定位移报警阈值d₁；

对于提取到的匹配特征点，将其从像素坐标转换到世界坐标，转换计算公式如下：

其中，Z_c为点在相机坐标系中的Z坐标，[u v 1]^T为点在图像坐标系中的坐标，f_x、f_y为焦距，u₀和v₀为主点坐标，R为3*3的旋转矩阵，T为3*1的平移向量，[X_w Y_w Z_w 1]^T为点在世界坐标系中的坐标；Z_c从相机标定外参获得，[u v 1]^T为匹配特征点的像素坐标，f_x、f_y、u₀、v₀从相机标定内参外参获得，R、T从相机标定外参获得；

通过距离公式进行位移计算，计算公式如下：

其中，d为两点间的距离，(X₁，Y₁，Z₁)为参考图像中特征点的三维世界坐标，(X₂，Y₂，Z₂)为对比图像中特征点的三维世界坐标；将两点间的距离d与位移报警阈值d₁进行比对，当dd₁即发生位移，当d≤d₁则未发生位移。

2.根据权利要求1所述的一种基于CCD相机的空间位移与应变测量装置，其特征在于，还包括第一滤波片、第二滤波片、第三滤波片；

所述第一滤波片被置于所述第一光路中，用于对第一光路进行滤光处理，从而获得第一色光；

所述第二滤波片被置于所述第二光路中，用于对第二光路进行滤光处理，从而获得第二色光；

所述第三滤波片被置于所述第三光路中，用于对第三光路进行滤光处理，从而获得第三色光。

3.根据权利要求2所述的一种基于CCD相机的空间位移与应变测量装置，其特征在于，还包括第一光源、第二光源、第三光源；

所述第一光源具有与所述第一色光相同的发光颜色，所述第二光源具有与所述第二色光相同的发光颜色，所述第三光源具有与所述第三色光相同的发光颜色，所述第一光源、第二光源、第三光源均用于为所述CCD彩色相机的拍摄进行补光。