立体视觉在结构检测中的应用

(广东工业大学土木与交通工程学院 广东 广州 510006)

一、基本原理

(1)立体视觉测量是利用两台摄像机从不同角度对空间物体进行图像采集，根据视差原理能够得到空间物体的三维坐标[1]。

(2)利用图像分析技术进行相关性分析追踪两幅图像和进行精确匹配，最终得到结构检测点的三维坐标[2]。

图1 立体视觉系统及标定板

二、实验设备

(1)棋盘格标定板。一个棋盘格为25mm*25mm。

(2)摄像机2台。摄像机参数 CCD尺寸，CCD靶面尺寸1/4″，有着很好的成像效果，支持PAL和NTSC这两种制式，实际焦距为f=5.6-95.2mm，焦距29.3-499mm，光圈F1.9-F16，滤镜直径77mm，液晶屏、取景器尺寸3.5英寸，对焦范围广角：50mm-无穷远，快门速度在1/32-1/2000秒之间。

(3)实验对象为桥梁结构。

图2 单反相机

图3 桥梁结构模型

图4 图像分析技术示意图

三、实验方法和步骤

(1)先通过两个摄像机拍摄标定板，可以拍摄大概数量的标定照片[3]。

(2)利用上面算法对立体视觉系统进行标定，并用非线性最小二乘法优化测量系统，确定摄像机的位置。

(3)通过摄像机对被测物体进行光学测量，并把图像传到控制电脑中进行分析，可以看到，布置好仪器即可进行三维坐标测量[4]。

四、误差分析

首先对实验中图像相关技术测量误差来源及控制进行介绍，其次根据在静载和动载实验中的应用分别进行分析，在静载实验部分根据不同材料力学性质和测量参数的侧重点不同。

五、结论

本文通过对结构进行人工激励，采用立体视觉测量结构，并对图像进行灰度相关性分析和立体匹配，最后得到结构在人工激励下，结构的空间三维坐标点，立体视觉抗干扰能力强，立体视觉测量只要摄像机以及控制电脑，在光线比较暗的环境下需要灯光，测量系统准备工作简单，是一种可靠的精度高的结构测量技术。