[发明专利]基于传递像机的大型结构件实时形变监测方法

权利要求书

1.基于传递像机的大型结构件实时形变监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立三维直角坐标系：建立三个三维直角坐标系，三个三维直角坐标系分别为世界坐标系W-X_WY_WZ_W、以测量像机(6)的测量中心为原点的测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C和以传递像机(5)的测量中心为原点的传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T，其中，测量像机(6)和传递像机(5)均安装在运动平台(4)上，运动平台(4)通过滑轨围绕大型结构件(1)移动，测量像机(6)的镜头朝向大型结构件(1)，传递像机(5)的镜头朝向地面，大型结构件(1)外表面上设置有多个供测量像机(6)采集且坐标未知的非标志点(3)，大型结构件(1)下侧地面周侧设置有多个供传递像机(5)采集且坐标已知的标志点(2)；

步骤二、获取传递像机的外参数：根据公式并结合位姿估计算法计算传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的位姿旋转矩阵R_WT和平移矩阵T_WT，其中，X为一个已知坐标的标志点(2)在世界坐标系W-X_WY_WZ_W中的X轴方向的坐标，Y为一个已知坐标的标志点(2)在世界坐标系W-X_WY_WZ_W中的Y轴方向的坐标，Z为一个已知坐标的标志点(2)在世界坐标系W-X_WY_WZ_W中的Z轴方向的坐标，K_T为预先标定的传递像机(5)的内参数，Z_c为本步骤中一个已知坐标的标志点(2)到传递像机(5)光心的距离在光轴方向的投影，u为传递像机(5)上的一个特征像点在传递像机(5)像素坐标系中u轴方向的坐标，v为传递像机(5)上的一个特征像点在传递像机(5)像素坐标系中v轴方向的坐标，传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的位姿旋转矩阵R_WT和平移矩阵T_WT共同构成传递像机的外参数，[K_T 0]为一个3×4的矩阵，为一个4×4的矩阵；

步骤三、获取测量摄机的外参数：根据空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T下和世界坐标系W-X_WY_WZ_W下的齐次坐标关系，以及空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T下和测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C下的齐次坐标关系，得因此，其中，X_W为空间点在世界坐标系W-X_WY_WZ_W下的齐次坐标，X_T为空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T下的齐次坐标，X_C为空间点在测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C下的齐次坐标，R_CT为预先标定的传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C间的位姿旋转矩阵，T_CT为预先标定的传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C间的平移矩阵；

再结合空间点在测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C下和世界坐标系W-X_WY_WZ_W下的齐次坐标关系得X_C＝R_WCX_W+T_WC，其中，R_WC为测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的位姿旋转矩阵，T_WC为测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的平移矩阵，测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的位姿旋转矩阵R_WC和平移矩阵T_WC共同构成测量像机的外参数，联立得

步骤四、获取测量摄机的内参数，过程如下：

步骤401、运动平台(4)通过滑轨围绕大型结构件(1)移动，通过测量像机(6)在两处不同位置对同一区域进行拍摄，分别得到图像Frame_i和图像Frame_j，根据公式p_jn^TF_ijp_in＝0，求解图像Frame_i和图像Frame_j之间的基础矩阵F_ij，其中，p_in为图像Frame_i中位于图像Frame_i和图像Frame_j中的公共空间点对应的像点的齐次坐标且p_in＝(u_in,v_in,1)^T，p_jn为图像Frame_j中位于图像Frame_i和图像Frame_j中的公共空间点对应的像点的齐次坐标且p_jn＝(u_jn,v_jn,1)^T；

步骤402、根据公式获取位于图像Frame_i中空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T下的齐次坐标X_T,i、以及位于图像Frame_j中空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T下的齐次坐标X_T,j，其中，R_WT,i为位于图像Frame_i中空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的位姿旋转矩阵，T_WT,i为位于图像Frame_i中空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的平移矩阵；R_WT,j为位于图像Frame_j中空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的位姿旋转矩阵，T_WT,j为位于图像Frame_j中空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T与世界坐标系W-X_WY_WZ_W间的平移矩阵，因此，

结合空间点在传递像机坐标系C_T-X_TY_TZ_T下和测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C下的齐次坐标关系，得X_C,j＝R_C,ijX_C,i+T_C,ij，其中，X_C,i为位于图像Frame_i中空间点在测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C下的齐次坐标，X_C,j为位于图像Frame_j中空间点在测量像机坐标系C-X_CY_CZ_C下的齐次坐标，R_C,ij为图像Frame_i和图像Frame_j下测量像机的位姿旋转矩阵且T_C,ij为图像Frame_i和图像Frame_j下测量像机的平移矩阵且

利用基础矩阵对摄机进行自标定，得其中，λ为非零常数因子，[T_C,ij]_×为平移矩阵T_C,ij的反对称矩阵，K_i为测量像机(6)获取图像Frame_i时的内参数，K_j为测量像机(6)获取图像Frame_j时的内参数；

对进行转换，得K_j^TF_ijK_i＝λ[T_C,ij]_×R_C,ij，利用LM优化算法对K_j^TF_ijK_i＝λ[T_C,ij]_×R_C,ij进行迭代求解，获取测量摄机的内参数；

步骤五、非标志点的测量：利用光束平差方法结合测量像机(6)的内外参数以及公共空间点对图像Frame_i和图像Frame_j中非标志点(3)进出求解，获取非标志点(3)的世界坐标，监测该大型结构件(1)上对应区域形变；

步骤六、多次重复步骤二至步骤五，直至完成对大型结构件(1)一周的实时形变测量工作。