[发明专利]一种基于移动终端的桥墩局部冲刷地形测量方法

权利要求书

1.一种基于移动终端的桥墩局部冲刷地形测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1、在桥墩表面靠近河床的位置绘制一条竖直线，在竖直线上分别绘制不少于3条水平短线，水平短线与竖直线的交点为控制点；

步骤S2.利用移动终端在环绕桥墩的多个机位各拍摄一张照片，每张照片覆盖局部冲刷坑的一部分，局部冲刷坑内任一点均出现在不少于2张视角不同的照片中，至少一张照片完整拍下刻度线图像；

步骤S3.在移动终端拍摄的每张照片中依次识别特征点，从每两张相邻照片的特征点中找出所有与相同空间点对应的匹配特征点，将匹配特征点作为同名点，根据各个同名点的坐标解算出相机内参数、畸变参数和拍摄照片时的外参数；

步骤S4.根据所述相机内参数、外参数、畸变参数和所有照片，利用相同空间点在不同照片中的图像差异，解算出均匀覆盖整个测量区域的测点的空间坐标，根据所有测点的空间坐标形成密集点云；

步骤S5.找出拍摄有刻度线的任一张照片，令刻度线与世界坐标系的竖轴重合，刻度线上任一控制点为坐标原点，通过移动终端屏幕依次选择并输入至少三个控制点的世界坐标值，将所述密集点云投影到世界坐标系，得到世界坐标系下的局部冲刷地形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：在桥墩表面靠近河床的位置绘制一条竖直线，长度不小于0.5m，在竖直线上分别绘制不少于3条水平短线，水平短线与竖直线的交点为控制点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：利用移动终端在环绕桥墩的多个机位各拍摄一张照片，拍照时移动终端屏幕保持横屏或竖屏，每个机位拍摄的照片覆盖局部冲刷坑的一部分，局部冲刷坑内任一点均出现在不少于2张视角不同的照片中，每条竖直线和水平短线至少被一张照片完整拍摄。

4.根据权利要求1或者2或者3所述的方法，其特征在于，所述的步骤S3具体包括：

步骤S301.设局部冲刷地形上的测点的世界坐标为(X,Y,Z)，测点在移动终端拍摄的照片中的像素坐标为(u,v)，建立像素坐标与世界坐标之间的成像函数如下：

其中，f_x、f_y为以像素为单位的相机镜头焦距，c_x、c_y为以像素为单位的相机光心坐标，s为非正交系数，f_x、f_y、c_x、c_y和s合称为相机内参数；z_c为测点到相机的距离，称为尺度因子；K₁、K₂和K₃为相机的径向畸变系数；R为3×3的相对于世界坐标的旋转矩阵，T为3×1的相机相对于世界坐标的平移向量，R和T合称为相机外参数，在每个机位均有6个独立参数；

步骤S302.根据移动终端拍摄的照片中存储的可交换图像文件格式EXIF信息获得移动终端的摄像头焦距f和分辨率M×N像素，设像素尺寸为μ，计算出相机内参数的估计值分别为：

f_x＝f_y＝f/μ,c_x＝M/2,c_y＝N/2,s＝1

步骤S303.使用SIFT、SURF、ORB或FAST算法逐张照片识别特征点，使用光流法完成不同照片之间同名点的匹配；

步骤S304.设相邻两张照片之间的同名点数为n对，将每对同名点像素坐标代入所述成像函数得到4个方程，使用n对同名点建立4n个方程，令成像函数中的尺度因子z_c＝1，则方程组的未知量包括各同名点的世界坐标3n个、相机内参数5个、畸变参数3个、相机拍摄两张照片时的外参数12个，共计3n+20个，当方程的数量不少于未知量个数，即n≥20时，根据同名点求解所有相机参数；

步骤S305.将根据每两张照片求解的内参数和畸变参数进行平均，将得到的平均值作为最终确定确定的相机内参数和畸变参数；

步骤S306.利用最终确定的相机内参数和畸变参数，根据每两张照片之间的同名点坐标代入所述成像函数构建方程组，求解所述方程组得到相机拍摄每张照片时对应的外参数。