[发明专利]一种全场实时桥梁挠度测量方法

权利要求书

1.一种全场实时桥梁挠度测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

S1：测量准备：选择焦距适合测量的定焦镜头，将相机安装在设定位置，调整镜头焦距和光圈，使得相机能够采集到待测的桥梁全场图像；

S2：全场比例因子确定：首先指定桥梁上的感兴趣带，用激光测距仪测量桥上若干个点到相机的距离，然后根据桥梁表面各点的几何关系，推导出感兴趣带上每个测量点到相机的距离，最后利用斜光轴单点标定方法计算出感兴趣带上的所有比例因子；

S3：图像采集：在加载过程中采集桥梁的变形前后图像；

S4：全场图像位移计算：使用快速数字图像相关算法匹配分析计算桥梁感兴趣带上对应的每个像素的图像位移；

S5：全场挠度计算：将感兴趣带上每个点的图像位移及其比例因子转换为其实际的挠度/位移。

2.根据权利要求1所述的全场实时桥梁挠度测量方法，其特征在于，步骤S2中，用激光测距仪测量桥上至少三个点到相机的距离。

3.根据权利要求1所述的全场实时桥梁挠度测量方法，其特征在于，步骤S2中，利用斜光轴单点标定方法计算出感兴趣带上的所有比例因子的计算公式如下：

式中：L为从待测单点到相机光心的距离，K_SF为从图像像素位移到实际物理位移的比例系数，x为待测点在图像中的横坐标，x_c为图像中心横坐标位置，y为待测点在图像中的纵坐标，y_c为图像中心纵坐标位置，l_ps为相机的像元物理尺寸，f为镜头焦距，β为相机与水平地面的垂直夹角。

4.根据权利要求3所述的全场实时桥梁挠度测量方法，其特征在于，从待测单点到相机光心的距离L的计算方法如下：

分别建立世界坐标系O_c和图像坐标系o，首先在待测的带状区域上选取一系列标识点P_n，并在相机采集到的图像上获取各标识点对应的像素点p_n，得到其图像坐标(x_i,y_i)，将图像坐标变换到图像坐标系下的三维坐标为p_i′((x_i-x₀)l_ps,(y_i-y₀)l_ps,f)，其中(x₀,y₀)为图像中心坐标，l_ps为单个像素的实际物理尺寸，f为相机焦距；使用激光测距机测得各标定点到相机光心之间的距离L_i，则选取的标识点的从图像三维坐标到世界三维坐标的放大倍数M_i可以通过如下公式计算得到：

根据相似三角形原理，各个标识点在世界坐标系下的三维世界坐标可以表示为：

P_i＝p′_i·M_i

为了得到待测区域上所有点的放大倍数M，在世界坐标系近似拟合出被测带状区域的三维空间直线方程，设其表达式为：

其中，(x_b,y_b,z_b)为选取的所有标识点坐标的均值；(d₁,d₂,d₃)为空间三维直线的方向向量；为了得到方程中未知的方向向量，采用奇异值分解的方法计算；

在得到待测桥梁表面的空间方程后，可以求得桥梁上任意点Q(图像坐标q(x,y))到相机光心的距离L_Q；该点在世界坐标系的三维坐标为：

Q＝((x-x₀)l_ps，(y-y₀)l_ps，f)·M

将其带入直线方程中可以解得M_Q，然后可以计算出点Q的世界坐标，则：

5.根据权利要求4所述的全场实时桥梁挠度测量方法，其特征在于，采用奇异值分解的计算方法具体为：对所有点的标准化坐标形成的矩阵进行奇异值分解后，最大奇异值对应的左奇异向量即为方向向量。