CN111060136B

CN111060136B - 一种挠度测量校正方法、装置及系统

Info

Publication number: CN111060136B
Application number: CN201911267456.3A
Authority: CN
Inventors: 刘肖琳; 于起峰; 张跃强; 丁晓华
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: CN111060136A

Abstract

本发明实施例公开了一种挠度测量校正方法、装置及系统。该方法应用于挠度测量系统。该挠度测量系统包括计算设备、校准摄像机、挠度测量装置和测量平台。该方法包括：校准摄像机对不动参考点采集第一图像数据；不动参考点为绝对位置不变的点；校准摄像机将第一图像数据发送给计算设备；挠度测量装置利用测量摄像机对待测结构体上的待测点采集第二图像数据，并将第二图像数据发送给计算设备；计算设备根据第一图像数据，计算测量平台的晃动量；晃动量为测量平台的位置姿态的变化量；计算设备根据第二图像数据计算待测点的挠度，并根据晃动量校正待测点的挠度。实施本发明实施例，可以提高挠度测量的准确性。

Description

一种挠度测量校正方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及挠度测量技术领域，具体涉及一种挠度测量校正方法、装置及系统。

背景技术

挠度是评价桥梁、隧道、大坝等大型结构体安全性的重要参数，直接反映其结构形变。

目前自动型全站仪可以对挠度进行自动监测。自动型全站仪可以包含摄像机或者激光装置等。对于包含摄像机的自动型全站仪来说，自动型全站仪的摄像机对准待测结构体上的待测点，可以采集待测点的图像，根据图像中待测点的位置计算待测点的挠度。

但自动型全站仪在挠度测量过程中，由于外部振动、安装基座地质沉降等因素的影响，自动型全站仪中摄像机的角度或位置会发生变化。这样，影响了待测点在采集图像中的位置，从而降低了挠度测量的准确性。

发明内容

本发明实施例提供了一种挠度测量校正方法、装置及系统，可用于计算并校正待测结构体上待测点的挠度，提高挠度测量的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种挠度测量校正方法，所述方法应用于挠度测量系统，所述挠度测量系统包括计算设备、刚性固定于测量平台的校准摄像机和固定于所述测量平台的挠度测量装置，所述挠度测量装置包含测量摄像机；其中：

所述校准摄像机对不动参考点采集第一图像数据；所述不动参考点为绝对位置不变的点；

所述校准摄像机将所述第一图像数据发送给所述计算设备；

所述挠度测量装置利用所述测量摄像机对所述待测结构体上的待测点采集第二图像数据，并将所述第二图像数据发送给所述计算设备；

所述计算设备根据所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量；所述晃动量为所述测量平台的位置姿态的变化量；

所述计算设备根据所述第二图像数据计算所述待测点的挠度，并根据所述晃动量校正所述待测点的挠度。

在一种可能的实施例中，所述计算设备根据所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量之前，所述校准摄像机对所述不动参考点采集第三图像数据，并将所述第三图像数据发送给所述计算设备；

所述计算设备根据所述第三图像数据计算第一位置关系，所述第一位置关系为所述校准摄像机和所述测量平台的相对位置关系；根据所述第一图像数据，所述计算设备计算所述测量平台的晃动量的具体实现方式为，所述计算设备根据所述第一位置关系、所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量。所述计算设备根据所述校准摄像机的位置姿态和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量。

在一种可能的实施例中，所述校准摄像机的数量是多个，所述第一图像数据包含多个校准摄像机采集的图像数据；根据所述第一图像数据，所述计算设备计算所述测量平台的晃动量的具体实现方式为，所述计算设备根据多个校准摄像机采集的图像数据，计算所述不动参考点相对于所述测量平台的位置。所述计算设备根据所述不动参考点相对于所述测量平台的位置计算所述测量平台的晃动量。

所述第一图像数据包含第一时刻采集的图像数据和第二时刻采集的图像数据；所述第二时刻在所述第一时刻之后；

所述第二图像数据包含所述第一时刻采集的图像数据和所述第二时刻采集的图像数据；

所述晃动量为所述测量平台从所述第一时刻到所述第二时刻的位置姿态的变化量，所述挠度为所述待测结构体在所述待测点从所述第一时刻到所述第二时刻的结构形变量。

第二方面，本发明实施例提供了一种挠度测量系统，所述挠度测量系统包括计算设备、刚性固定于测量平台的校准摄像机和固定于所述测量平台的挠度测量装置；所述计算设备与所述校准摄像机建立有通信连接，所述计算设备与所述挠度测量装置建立有通信连接。

所述校准摄像机，用于对不动参考点采集第一图像数据；所述不动参考点为绝对位置不变的点，并将所述第一图像数据发送给所述计算设备；

所述挠度测量装置，用于利用所述测量摄像机对所述待测结构体上的待测点采集第二图像数据，并将所述第二图像数据发送给所述计算设备；

所述计算设备，用于根据所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量；所述晃动量为所述测量平台的位置姿态的变化量；还用于根据所述第二图像数据计算所述待测点的挠度，并根据所述晃动量校正所述待测点的挠度。

第三方面，本发明实施例还提供了一种挠度测量校正方法。

计算设备接收来自校准摄像机的第一图像数据，所述第一图像数据为所述校准摄像机对不动参考点采集的图像数据，所述不动参考点为绝对位置不变的点；

所述计算设备接收来自测量摄像机的第二图像数据，所述测量摄像机包含于挠度测量装置，所述第二图像数据为所述测量摄像机对所述待测结构体上的待测点采集的图像数据；

所述计算设备根据所述第一图像数据，计算测量平台的晃动量；所述晃动量为所述测量平台的位置姿态的变化量；

在一种可能的实施例中，所述计算设备根据所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量之前，所述计算设备接收来自所述校准摄像机的第三图像数据，所述第三图像数据为所述校准摄像机对所述不动参考点采集的图像数据；

所述计算设备根据所述第三图像数据计算第一位置关系，所述第一位置关系为所述校准摄像机和所述测量平台的相对位置关系；

所述计算设备根据所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量，包括：

所述计算设备根据所述第一位置关系、所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量。

所述计算设备根据所述第一位置关系、所述第一图像数据，计算所述测量平台的晃动量的具体实现方式为，所述计算设备根据所述第一图像数据，计算所述校准摄像机的位置姿态；

所述计算设备根据所述校准摄像机的位置姿态和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量。

在一种可能的实施例中，所述校准摄像机的数量是多个，所述第一图像数据包含多个校准摄像机采集的图像数据；根据所述第一图像数据，所述计算设备计算所述测量平台的晃动量的具体实现方式为，所述计算设备根据多个校准摄像机采集的图像数据，计算所述不动参考点相对于所述测量平台的位置；

所述计算设备根据所述不动参考点相对于所述测量平台的位置计算所述测量平台的晃动量。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算设备，包括：

通信接口、处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述通信接口、所述存储器通过总线与所述处理器耦合；

其中，所述通信接口用于与所述校准摄像机和所述挠度测量装置建立通信连接；

所述处理器用于调用所述计算机程序，使得所述计算设备执行上述第三方面的方法。

在本发明实施例中，校准摄像机与测量平台刚性固定，校准摄像机的位置姿态会随着测量平台的位置姿态的变化而变化。其中，以不动参考点为参照物，计算设备可以根据校准摄像机在两个时刻对不动参考点采集的图像数据，计算校准摄像机在这两个时刻的位置姿态，从而计算测量平台的晃动量。计算设备根据测量平台的晃动量可以校正待测点的挠度，从而提高挠度测量的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种挠度测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种挠度测量系统的坐标系示意图；

图3是本发明实施例提供的一种挠度测量校正方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种挠度测量系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种挠度测量校正方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种挠度测量系统的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种挠度测量校正方法的流程图；

图8是本发明实施例提供的另一种挠度测量校正方法的流程图；

图9是本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面对挠度测量校正系统的结构进行介绍。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种挠度测量系统的结构示意图。如图1所示，挠度测量系统包括校准摄像机110、挠度测量装置120、测量平台130和计算设备160。挠度测量系统可对待测结构体140进行挠度测量。其中，

校准摄像机110包含至少一个摄像机。校准摄像机110与测量平台130刚性固定。校准摄像机110用于对不动参考点采集图像数据。其中，校准摄像机110采集的图像数据中可包含不动参考点的图像数据。不动参考点的数量可以是多个，例如三个、四个等等，本发明对此不作限定。

挠度测量装置120可以包含测量摄像机或者激光装置。挠度测量装置120可以利用上述测量摄像机或者上述激光装置采集待测结构体140上的待测点的数据。例如，挠度测量装置120可以通过测量摄像机采集待测结构体140上的待测点的图像数据，计算设备160可以根据待测点的图像数据计算待测点的挠度。挠度测量装置120与测量平台130固定。

测量摄像机可以通过云台与测量平台连接。上述云台是安装、固定摄像机或激光装置等装置的支撑设备，可以用于调整摄像机或激光装置的位置姿态并自动计算摄像机或激光装置的位置姿态的调整量。测量平台130可用于放置校准摄像机110和挠度测量装置120。其中，校准摄像机110可以与测量平台130刚性固定，挠度测量装置120可以与测量平台130固定。测量平台130可以为三脚架或者水泥桩等装置。本发明实施例对作为测量平台的装置不进行限定。

在另一种可能的实现方式中，挠度测量装置120可以通过激光装置采集待测结构体140上的待测点的角度数据。上述角度数据可以为激光束与测量平台所在平面之间的夹角。其中，在挠度测量过程中，激光装置发出的激光束与待测点对准。计算设备160可以根据上述角度数据，并结合云台计算得到的上述激光装置的位置姿态，计算待测点的挠度。在本发明实施例中，激光装置采集待测结构体上的待测点的数据，以及利用该数据计算挠度的原理可根据现有技术中挠度测量实现，本发明对具体的算法、原理不作限定。

挠度测量装置120除了可以包含测量摄像机或激光装置，还可以包含其他采集待测点的数据的装置。本发明实施例对此不进行限定。上述被采集的待测点的数据可以用于计算待测点的挠度。

计算设备160可以根据挠度测量装置120采集的待测点的图像数据计算上述待测点的挠度，根据校准摄像机110采集的不动参考点的图像数据对上述待测点的挠度进行校正。计算设备160可以通过有线或者无线的方式与校准摄像机110和挠度测量装置130进行连接。

在一种可能的实现方式中，计算设备160和挠度测量装置120可以是分离的设备，也可装配在一个设备中。计算设备160可以是台式电脑、笔记本电脑、掌上电脑(personaldigital assistant，PDA)等等。

本发明实施例对计算设备160的实现方式不进行限定。

在一种可能的实现方式中，校准摄像机110与挠度测量装置120可以为一个整机，即校准摄像机110与挠度测量装置120装配在同一个设备中，也可以是分离的设备。本发明实施例对此不进行限定。

待测结构体140可以为桥梁、隧道和大坝等结构体，包含用于测量挠度的待测点141。其中，待测点141可以包含一个或多个待测点。挠度测量装置120可以测量待测点141中任意一个待测点的挠度。

不动参考点130可包含多个参考点，例如，三个、四个等。不动参考点可以为十字标识的交叉点。本发明实施例对不动参考点的形状和样式不进行限定。

测量平台130会因为外部震动、安装基座地质沉降等因素而产生晃动，挠度测量装置120也会随测量平台130而晃动。例如，挠度测量装置120通过包含的测量摄像机进行挠度测量时，测量摄像机的角度或位置会发生变化，从而影响了待测点在测量摄像机拍摄的图像中的位置，降低了挠度测量的准确性。

校准摄像机110与测量平台130刚性固定，也会随测量平台130而晃动。校准摄像机110对不动参考点采集图像数据。计算设备160可以根据校准摄像机在不同时刻对不动参考点采集的图像数据，计算不同时刻校准摄像机110与不动参考点150的相对位置关系，并计算测量平台的位置姿态随时间的变化量，即测量平台的晃动量。根据测量平台的晃动量，计算设备可以对挠度进行校正。

下面给出上述刚性固定和上述不动参考点的定义。

刚性固定：校准摄像机与测量平台刚性固定，是指校准摄像机与测量平台连接且两者不会发生相对运动。两者不会发生相对运动即两者之间没有相对位移或者相对旋转。例如，校准摄像机可以通过三脚架和螺丝等工具与测量平台连接。其中，根据对不动参考点采集图像数据的实际需求，校准摄像机的位置姿态可以在刚性固定前进行调整。在本发明实施例对校准摄像机与测量平台刚性固定的方法不进行限定。

不动参考点：在理想情况下，不动参考点为绝对位置不变的点。不动参考点可以被认为是恒定与地面不发生相对运动。不动参考点不会因为外部震动、安装基座地质沉降等因素而产生晃动。因而不动参考点可以作为校准摄像机的参照物。校准摄像机可以在不同时刻对不动参考点采集图像数据。根据校准摄像机在不动时刻对不动参考点采集的图像数据，计算设备可以计算校准摄像机在不同时刻相对于不动参考点的相对位置关系。

为了与上述理想情况接近，不动参考点可以在比较稳定、不易因外部影响而出现不稳的位置，即不动参考点的位置姿态变化远小于测量平台的位置姿态变化。

在一种可能的实现方式中，不动参考点在待测结构体上。例如，待测结构体为桥梁时，由于桥梁的桥墩相比于桥台、桥跨和桥面等结构更加稳定，不动参考点可以在桥墩上。具体的，不动参考点可以为桥墩上已有的标记。例如，桥墩上的水位线或者桥墩与桥面之间的连接点等。可选的，不动参考点可以是在桥墩上人为标记的点。例如，桥墩上包含十字标记，不动参考点可以为十字标记的交叉点。

在另一种可能的实现方式中，不动参考点可以在不动参考点标志牌上。该不动参考点标志牌可以处在比较稳定、不易因外部影响而出现不稳的位置。具体的，不动参考点标志牌可以为桥梁岸边稳定的位置等。同样的，不动参考点标志牌上可以包含十字标记，不动参考点可以为十字标记的交叉点。

本发明实施例对不动参考点的位置不进行限定，除了可以在上述待测结构体上和不动参考点标志牌上，还可以为其他的位置。

本发明实施例对不动参考点的标志不进行限定，除了可以为上述十字标记的交叉点，还可以为其他标志。例如，圆形或者三角形等。

在一种可能的实现方式中，上述不动参考点上可以附着有合作标志。上述合作标志用于突出不动参考点，便于精确确定不动参考点在校准摄像机拍摄得到的图像中的像素坐标，提高校准摄像机位置姿态求解的准确性。上述合作标志可以是圆形、对顶角、十字丝或其它易于识别的形状。可选的，上述合作标志可以采用发光光源制作，便于在夜间进行挠度测量时，校准摄像机可以清楚拍摄到不动参考点，从而对挠度测量结果进行校正。

由于在计算校准摄像机的位置姿态时，涉及到摄像机标定、亚像素定位和摄像机位姿求解的应用，为了便于理解，这里先对本发明实施例涉及的相关术语以及上述三个算法等相关概念进行介绍。

(1)摄像机标定

摄像机成像的几何模型可以用于确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系。摄像机标定即为求解上述几何模型的参数的过程。

几何模型的参数可包含摄像机的内参数和外参数。其中，摄像机的内参数是摄像机固有特征，包括光心和等效焦距等，摄像机的外参数是摄像机相对于空间内其他物体的刚体变换关系，例如，校准摄像机相对于测量平台的刚体变换关系，包括旋转矩阵和平移向量。该旋转矩阵可以表示校准摄像机坐标系的x、y和z轴转换到测量平台的x、y和z轴的旋转量。该平移向量可以表示校准摄像机坐标系的x、y和z轴转换到测量平台的x、y和z轴的平移量。

根据世界坐标系与摄像机坐标系的刚体变换关系，可以将三维空间物体表面某点在世界坐标系中的三维空间坐标转换到摄像机坐标系中的三维坐标。根据摄像机的透视投影，可以将该点在摄像机坐标系中的三维坐标转换到图像坐标系中的二维坐标。根据图像坐标系与像素坐标系之间的转换关系，可以将该点在图像坐标系中的二维坐标转换到像素坐标系中的二维像素坐标。经过上述三次坐标系的转换，可以将三维空间物体表面某点与摄像机拍摄的图像中的像素点进行对应。

上述世界坐标系是一个三维直角坐标系，可以作为描述摄像机和其他物体的空间位置的基准。世界坐标系的位置可以根据实际情况而确定。

上述摄像机坐标系是一个三维直角坐标系，其原点可以位于摄像机镜头光心处，x、y轴分别与像面的两边平行，z轴为镜头光轴，与像面垂直。

上述像素坐标系是一个二维直角坐标系，可以反映图像中像素的排列情况。像素坐标系的原点可以位于图像的左上角，u、v轴分别与像面的两边平行。像素坐标系中坐标轴的单位是像素，例如，像素坐标系中的点(1,1)可以表示第一行第一列的像素。

由于像素坐标系不利于坐标变换，因此需要上述图像坐标系。图像坐标系的原点可以位于图像的中心点，x、y轴分别与像素坐标系中的u、v轴平行。可以理解的，图像坐标系与像素坐标系是平移关系。图像坐标系中坐标轴的单位可以是毫米。

下面以世界坐标系中的点(X_W,Y_W,Z_W)转换到像素坐标中的点(u,v)为例来介绍上述坐标系转换的具体过程。

a、世界坐标系转换到摄像机坐标系

若世界坐标系中的点(X_W,Y_W,Z_W)对应到摄像机坐标系的坐标为(X_C,Y_C,Z_C),则有：

其中，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(X_W,Y_W，Z_W)在世界坐标系中的齐次坐标，(X_C，Y_C，Z_C，1)^T为点(X_W，Y_W,Z_W)在摄像机坐标系中的齐次坐标。

b、摄像机坐标系转换到图像坐标系

若(X_W，Y_W，Z_W)对应到图像坐标系的坐标为(x，y),则有:

其中，Z_C为不为0的比例因子，f为等效焦距，即摄像机的光心到像面的距离，(x，y，1)为点(X_W,Y_W,Z_W)在图像坐标系中的齐次坐标。

c、图像坐标系转换到像素坐标系

若(X_W,Y_W，Z_W)对应到像素坐标系的坐标为(u,v),则有:

其中，dx和dy分别为像素在x和y轴方向上的物理尺寸，(u₀，v₀)为图像的中心点在像素坐标系中的坐标，γ为坐标轴倾斜参数。

根据坐标系转换(1-1)、(1-2)和(1-3)，可以得到总的转换关系：

其中，M₁为摄像机的内参数矩阵，M₂为摄像机的外参数矩阵。显然，M₁中有6个参数。由于旋转矩阵R中包含x、y和z轴的旋转角度，即有3个参数，平移向量T中包含x、y和z轴的平移参数，即有3个参数，因此M₂中共有6个参数。

在一种可能的实现方式中，摄像机的外参数和内参数都未知，需要标定摄像机的内参数和外参数。由于每个点有u和v两个变量，可以列两个方程，而摄像机的内参数有6个，外参数也有6个，共有12个变量，因此至少需要6个点，根据转换关系(1-4)可以求解出摄像机的内参数和外参数。

在另一种可能的实现方式中，摄像机的内参数已经确定，只需要标定摄像机的外参数。由于摄像机的外参数有6个，因此至少需要3个点，根据转换关系(1-4)可以求解出摄像机的外参数。

在本发明实施例中，以已知校准摄像机的内参数，标定校准摄像机的外参数为例进行具体说明。上述校准摄像机的外参数可以为校准摄像机相对于测量平台的刚体变换关系。

在一种可能的实现方式中，标定校准摄像机的外参数的过程可以预先完成。根据标定完成的固定有校准摄像机的测量平台和挠度测量装置，计算设备可以在测量现场进行挠度测量。在预先对校准摄像机进行标定的过程中，根据点在测量平台坐标系中坐标及该点在校准摄像机采集的图像数据中的二维像素坐标，计算设备可以对校准摄像机的外参数进行标定。该点在校准摄像机采集的图像数据中的二维像素坐标可以为计算设备利用亚像素定位算法计算得到。

在另一种可能的实现方式中，标定校准摄像机的外参数的过程可以在挠度测量现场完成。校准摄像机对不动参考点采集图像数据。其中，校准摄像机采集的图像数据中可包含不动参考点的图像数据。不动参考点的数量可以是多个，例如三个、四个等等。计算设备计算上述不动参考点在校准摄像机采集的图像数据中的二维像素坐标。挠度测量装置可以用于获取上述至少三个不动参考点在测量平台坐标系中的坐标。根据上述不动参考点在校准摄像机采集的图像数据中的二维像素坐标与在测量平台坐标系中的坐标，计算设备可以对校准摄像机的外参数进行标定。

经过上述对校准摄像机的外参数的标定，可以得到校准摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵。该转换矩阵包含从校准摄像机坐标系到测量平台坐标系的旋转矩阵和平移向量，可以用于表示校准摄像机与测量平台的相对位置关系。

根据至少3个不动参考点的测量平台坐标系的坐标及其对应的二维像素坐标以及转换关系(1-4)，计算设备可以标定校准摄像机的6个外参数，从而确定校准摄像机坐标系C到测量平台坐标系U的转换矩阵

其中，转换矩阵为

R为3*3的旋转矩阵，可以表示从校准摄像机坐标系C转换到测量平台坐标系U的过程中，x、y和z轴的旋转量。T为3*1的平移向量，可以表示从校准摄像机坐标系C转换到测量平台坐标系U的过程中，x、y和z轴的平移量。

本发明实施例对校准摄像机进行标定的场景不进行具体限定。

上述不动参考点的二维像素坐标可以为计算设备根据校准摄像机对不动参考点采集的图像数据，利用亚像素定位算法得到。

(2)亚像素定位

数字图像通常是离散化成像素，每个像素对应一个整数坐标位置，但整数坐标位置对于很多应用并不精确，例如，摄像机标定和图像拼接等。将像素坐标精确到浮点坐标位置可以达到应用需要的精确性。

亚像素定位可以用于计算特征在图像中的真实位置，该真实位置不一定在像素所在的整数坐标位置上，可以在像素的内部。亚像素定位可以包含点定位和边缘定位等情形。

下面以对图像中的点进行亚像素定位为例来介绍亚像素定位的原理。

由于一个点在图像中通常可以占用多个像素，形成一个点区域，并且点的灰度分布特征与二维高斯模型接近，其中心处最亮，离中心距离越远的位置越暗，则亚像素定位可以为计算设备计算点区域的中心位置或者点区域的最亮位置，该最亮位置的坐标作为该点的真实位置。

其中，在进行亚像素点定位时，可以利用高斯模型，构建点定位模型函数M如下：

点定位模型函数M可以用于计算图像中像素位置(x,y)上的像素值，A可以表示进行亚像素点定位时该点在图像中的背景的像素值，B可以表示点区域中像素值的峰值，(u,v)表示点区域中像素值的峰值所在的位置，即点定位模型需要求解的亚像素坐标，σ可以表示高斯模型方差。

上述点定位模型函数M中的参数可以通过残差进行分析。在确定模型的最佳参数后，计算设备可以根据M计算出亚像素坐标。

其中，上述亚像素定位的计算方法还可以为自适应模板相关滤波法、自适应阈值重心法、灰度图拟合法等数字图像相关方法或者最小二乘匹配法等方法，本发明实施例对亚像素定位的计算方法不进行具体限定。

在本发明实施例中，校准摄像机对不动参考点采集图像数据。其中，校准摄像机采集的图像数据中可以包含多个不动参考点的图像数据。

计算设备可以利用亚像素定位算法对校准摄像机采集的图像数据进行处理，得到不动参考点的二维像素坐标。

(3)摄像机位姿求解

摄像机位姿求解是根据摄像机采集的图像数据，计算设备根据从图像数据中提取的特征，求解摄像机的位置姿态的问题。计算设备进行摄像机位姿求解，可以得到摄像机的旋转矩阵R和平移向量T。

在一种可能的场景中，以摄像机坐标系相对于世界坐标系运动，则计算设备进行摄像机位姿求解，可以得到摄像机坐标系到世界坐标系的转换矩阵。该转换矩阵包含旋转矩阵R和平移向量T，可以用于表示摄像机坐标系相对于世界坐标系的位置姿态。

在另一种可能的场景中，以t₂时刻摄像机坐标系相对于t₁时刻摄像机坐标系运动，则计算设备进行摄像机位姿求解，可以计算得到t₂时刻摄像机坐标系到t₁时刻摄像机坐标系的转换矩阵。该转换矩阵包含旋转矩阵R和平移向量T，可以用于表示t₂时刻摄像机坐标系相对于t₁时刻摄像机坐标系的位置姿态。

多点透视成像(perspective-n-points，PnP)可以用于解决摄像机位姿求解的问题。上述PnP是一种3D-2D的位姿求解方式，即根据已知点在世界坐标系中的三维空间坐标及其对应在像素坐标系中的二维像素坐标，计算摄像机的旋转矩阵R和平移向量T。

在求解摄像机坐标系相对于世界坐标系的位置姿态的场景中，计算设备可以根据点在世界坐标系中的三维空间坐标及该点在摄像机拍摄的图像的像素坐标系中的二维像素坐标，计算摄像机的旋转矩阵R和平移向量T。该旋转矩阵可以用于表示摄像机坐标系相对于世界坐标系的位置姿态。

在求解t₂时刻摄像机坐标系相对于t₁时刻摄像机坐标系的位置姿态的场景中，计算设备可以根据点在t₁时刻摄像机坐标系中的三维空间坐标和该点在摄像机t₂时刻拍摄的图像的像素坐标系中的二维像素坐标，计算摄像机的旋转矩阵R和平移向量T。该旋转矩阵可以用于表示解t₂时刻摄像机坐标系相对于t₁时刻摄像机坐标系的位置姿态。

在上述计算摄像机的旋转矩阵R和平移向量T的过程中，由于旋转矩阵R中包含x、y和z轴的旋转角度，即有3个未知量，平移向量T中包含x、y和z轴的平移参数，即有3个未知量，因此摄像机位姿求解总共需要求解6个未知量。而根据一个点，计算设备可以建立两个方程。计算设备利用PnP进行摄像机位姿求解至少需要3个点的三维空间坐标及其对应在图像中的二维像素坐标。

在本发明实施例中，可以建立静态基准坐标系S，该静态基准坐标系S为不动参考点和待测结构体所在的三维空间坐标系。计算设备可以实时根据不动参考点求解校准摄像机相对于不动参考点的位置姿态，从而确定任意时刻从静态基准坐标系S到校准摄像机坐标系C的转换矩阵H^SC。转换矩阵H^SC可以用于表示校准摄像机相对于不动参考点的位置姿态。其中，H^SC为一个4*4的矩阵，包含旋转矩阵R和平移向量T。

在确定上述H^SC的过程中，校准摄像机采集的图像数据中可以包含3个不动参考点的图像数据。计算设备根据上述3个不动参考点在静态基准坐标系S中的三维空间坐标及其对应的二维像素坐标，计算得到H^SC。

上述3个不动参考点在静态基准坐标系中的三维空间坐标可以借助挠度测量装置或者其他测量仪器获得。本发明实施例对获取不动参考点在静态基准坐标系中的3D坐标的方式不进行具体限定。

上述3个不动参考的二维像素坐标可以为计算设备根据亚像素定位算法获得。

上述PnP求解算法包括3点透视成像(perspective-3-points，P3P)、直接线性变换(direct linear transformation，DLT)、高效多点透视成像(efficient-perspective-n-points，EPnP)和优化求解等多种算法。本发明实施例对进行摄像机位姿求解采用的算法不进行具体限定。

在本发明实施例中，校准摄像机以不动参考点为参照物，对不动参考点采集图像数据。计算设备根据不同时刻不动参考点在校准摄像机采集的图像数据中的二维像素坐标，计算校准摄像机在不同时刻相对于不动参考点的位置姿态。计算设备再结合校准摄像机与测量平台的相对位置关系，计算测量平台在不同时刻之内的位置姿态变化，从而对挠度进行校正。可以减小由于挠度测量装置在测量时由于测量平台晃动而导致的测量误差，提高挠度测量的准确性。

下面介绍包含校准摄像机坐标系、测量平台坐标系和静态基准坐标系的挠度测量系统。请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种挠度测量系统的坐标系示意图。如图2所示，挠度测量系统包括校准摄像机210、挠度测量装置220和测量平台230。挠度测量系统可对待测结构体240进行挠度测量。其中，

校准摄像机210、挠度测量装置220、测量平台230和待测结构体240的介绍可以参考图1中关于校准摄像机110、挠度测量装置120、测量平台130和待测结构体140的介绍，这里不再赘述。

静态基准250可以用于构建静态基准坐标系O_SX_sY_sZ_s。校准摄像机210、挠度测量装置220、测量平台230和待测结构体240所处的位置均可用上述静态基准坐标系中的坐标表示，即上述静态基准坐标系可以描述校准摄像机210、挠度测量装置220、测量平台230和待测结构体240的相对位置关系。

校准摄像机210可以用于构建校准摄像机坐标系O_cX_cY_cZ_c。校准摄像机坐标系的原点可以为校准摄像机的光心，其x、y轴可以分别与像面的两边平行，其z轴可以为镜头光轴，与像面垂直。

测量平台230可以用于构建测量平台坐标系O_uX_uY_uZ_u。测量平台坐标系的原点可以为测量平台中某一点，测量平台坐标系的x、y、z轴符合右手系的规则。

上述静态基准坐标系、校准摄像机坐标系和测量平台坐标系的相对位置关系均可以通过转换矩阵表示，上述转换矩阵包含旋转矩阵和平移向量。

基于图2中提供的挠度测量系统的坐标系，下面对挠度测量校正方法进行介绍。请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种挠度测量校正方法的流程图。如图3所示，挠度测量校正方法包括步骤S110～S180。

S110、在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集图像数据。

校准摄像机与测量平台刚性固定，计算设备可以根据校准摄像机在不同时刻相对于静态基准的位置姿态，得到测量平台在不同时刻之内的位置姿态的变化。刚性固定的方法可以参考上述对刚性固定的概念介绍，本发明实施例对校准摄像机与测量平台刚性固定的方法不进行限定。

校准摄像机在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集图像数据。上述第二时刻在上述第一时刻之后。上述对不动参考点采集的图像数据中可以包含多个不动参考点的图像数据，例如，三个不动参考点、四个不动参考点等等。

S120、在第一时刻和第二时刻对待测点采集图像数据。

挠度测量装置可以包含测量摄像机，测量摄像机可以在第一时刻和第二时刻对待测点采集图像数据。其中，测量摄像机对待测点采集图像数据的两个时刻与校准摄像机对不动参考点采集图像数据的两个时刻为相同的两个时刻。上述测量摄像机和校准摄像机同时采集图像数据的实现方式可以为，测量摄像机和校准摄像机中设置有同步时钟，两个摄像机根据同步时钟分别对待测点和不动参考点同时采集图像数据。其中，当两个摄像机采集图像数据的时间差值在设定范围内，例如，1微秒、2微秒等，可以认为两个摄像机是同时采集图像数据。本发明实施例对测量摄像机和校准摄像机同时采集图像数据的实现方式不进行限定，除了可以为上述同步时钟的方式，还可以为其它方式。

由于测量摄像机在第一时刻和第二时刻对待测点采集图像数据，计算设备可以根据测量摄像机采集的图像数据计算待测点的挠度，即计算待测结构体在待测点从第一时刻到第二时刻的结构形变。而校准摄像机在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集图像数据，计算设备可以根据校准摄像机采集的图像数据计算出测量平台的晃动量，从而可以对计算挠度时产生的误差进行校正。

S130、校准摄像机将在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集的图像数据发送给计算设备。

S140、挠度测量装置将在第一时刻和第二时刻对待测点采集的图像数据发送给计算设备。

需要说明的是，在本发明实施例中，上述步骤S130和步骤S140没有先后顺序之分。

S150、根据校准摄像机在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集的图像数据，计算不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标。

计算设备可以根据亚像素定位算法计算不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标。其中，亚像素定位算法可以将上述二维像素坐标精确到浮点坐标，从而提高上述二维像素坐标的精度，更进一步地，可以提高摄像机位姿求解的精度。

上述计算设备根据亚像素定位算法求解不动参考点在图像中的二维像素坐标可以参考亚像素定位概念介绍的内容，这里不再进行赘述。

S160、根据不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标，计算校准摄像机在第一时刻和第二时刻的位置姿态。

计算设备根据不动参考点在第一时刻的二维像素坐标，利用PnP对校准摄像机位姿进行求解，得到第一时刻静态基准坐标系到校准摄像机坐标系的转换矩阵

可以表示校准摄像机在第一时刻的位置姿态。

同样的，计算设备根据不动参考点在第二时刻的二维像素坐标，利用PnP对校准摄像机位姿进行求解，得到第二时刻静态基准坐标系到校准摄像机坐标系的转换矩阵

可以表示校准摄像机在第二时刻的位置姿态。

上述具体的求解校准摄像机位姿的过程可以参考上述摄像机位姿求解概念介绍中的内容，这里不再进行赘述。

需要说明的是，除了利用PnP对校准摄像机位姿进行求解，还可以使用其他方式对校准摄像机位姿进行求解，本发明实施例对此不进行限定。

S170、根据校准摄像机在第一时刻和第二时刻的位置姿态，计算测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量。

计算设备计算测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量，还需要计算校准摄像机与测量平台的相对位置关系。

由于校准摄像机与测量平台刚性固定，校准摄像机与测量平台在任意时刻的相对位置关系不发生变化。计算设备可以对校准摄像机的外参数进行标定，得到在任意时刻校准摄像机坐标系C到测量平台坐标系U的转换矩阵H^CU。上述对校准摄像机标定的具体过程可以参考摄像机标定概念介绍的内容，这里不再进行赘述。

经过上述步骤S160，计算设备可以得到在第一时刻和第二时刻静态基准坐标系到校准摄像机坐标系的转换矩阵

和

根据H^CU、

和

计算设备利用下式(3-1)可以计算从第一时刻到第二时刻测量平台的位置姿态变化。

其中，

可以表示从第一时刻到第二时刻测量平台的晃动量，即测量平台的位置姿态变化。

可以表示第二时刻静态基准坐标系到测量平台坐标系的转换关系，其逆变换

即为

可以表示第二时刻从测量平台坐标系到静态基准坐标系的转换关系。

S180、根据校准摄像机从第一时刻到第二时刻的晃动量和挠度测量装置在第一时刻和第二时刻对待测点采集的图像数据，计算并校正待测点的挠度。

计算设备根据挠度测量装置在第一时刻和第二时刻对待测点P采集的图像数据，可以计算待测点P在第二时刻在测量平台坐标系下的坐标(x_p，y_p,z_p)。挠度即为待测点P在第一时刻与第二时刻在测量平台坐标系下的坐标的差值。由于挠度测量装置受到影响而产生晃动，计算设备在计算待测点P在第一时刻的坐标所处的测量平台坐标系与在计算待测点P在第二时刻的坐标所处的测量平台坐标系并非同一个坐标系，进而导致挠度测量结果产生误差。

利用校准摄像机对挠度测量结果进行实时校正，可以为计算设备根据测量平台的晃动量，对待测点P的坐标进行校正。

计算设备可以根据式(3-2)对待测点P的坐标进行校正。其中[x′_p,y′_p,z′_p,1]^T可以表示矫正后第二时刻在静态基准坐标系中待测点P坐标的齐次坐标，[x_p，y_p，z_p,1]^T可以表示第二时刻在静态基准坐标系中待测点P坐标的齐次坐标。

在一种可能的实现方式中，校准摄像机和挠度测量装置可以采集一个时刻或者多个时刻的图像数据，本发明实施对此不进行限定。例如，校准摄像机可以先后在第一时刻、第二时刻和第三时刻对不动参考点采集图像数据，并发送给计算设备。挠度测量装置可以先后在第一时刻和第三时刻对待测点采集图像数据，并发送给计算设备。计算设备可以根据校准摄像机在第一时刻、第二时刻和第三时刻对不动参考点采集图像数据和挠度测量装置在第一时刻和第三时刻对待测点采集图像数据，计算测量平台的晃动量。

在一种可能的实现方式中，挠度测量装置中通过测量摄像机对待测结构体的待测点进行挠度测量，则挠度测量系统中可以无需使用校准摄像机。计算设备可以直接通过不动参考点计算上述测量摄像机的位置姿态变化。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的另一种挠度测量系统的结构示意图。如图4所示，挠度测量系统包括挠度测量装置120、测量平台130和计算设备160。挠度测量系统可对待测结构体140进行挠度测量。其中，

挠度测量装置120可以利用测量摄像机得到待测结构体140上的待测点的图像数据。该测量摄像机可以通过云台与测量平台130连接。

待测结构体140、不动参考点150和计算设备160的说明可以参考图1中的内容介绍，这里不再进行赘述。

需要进行说明的是，待测点141和不动参考点150均可以同时处于测量摄像机的视场内，即测量摄像机对待测点和不动参考点采集图像数据可以无需调整自身的位置姿态。

本发明实施例对连接测量摄像机和测量平台的方法不进行限定，除了可以通过上述云台进行连接，还可以通过其它方法进行连接。

下面介绍基于图4所示的挠度测量系统的挠度测量校正的方法。请参阅图5，图5是本发明实施例提供的另一种挠度测量校正方法的流程图。如图5所示，该方法包括步骤S210～S260。

S210、在第一时刻和第二时刻对不动参考点和待测点采集图像数据。

由于不动参考点和待测点均处于测量摄像机的视场内，挠度测量装置利用测量摄像机在一个时刻采集的图像数据中可以同时包含不动参考点的图像数据和待测点的图像数据。挠度测量装置利用测量摄像机在第一时刻和第二时刻对不动参考点和待测点采集图像数据，其中，上述图像数据中可以包含多个不动参考点的图像数据，例如，三个、四个等等。

S220、挠度测量装置将在第一时刻和第二时刻对不动参考点和待测点采集的图像数据发送给计算设备。

S230、根据挠度测量装置在第一时刻和第二时刻采集的图像数据，计算不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标。

计算设备可以利用亚像素定位算法计算不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标，具体的计算过程可以参考亚像素定位概念介绍中的内容，这里不再进行赘述。

S240、根据不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标，计算测量摄像机在第一时刻和第二时刻的位置姿态。

计算设备可以利用PnP计算测量摄像机的位置姿态。计算设备借助挠度测量装置或者其他测量仪器可以得到不动参考点在静态基准坐标系中的三维空间坐标。根据不动参考点在第一时刻的二维像素坐标，计算设备可以计算得到第一时刻从静态基准坐标系转换到测量摄像机坐标系的转换矩阵

可以表示测量摄像机在第一时刻的位置姿态。

同样的，根据不动参考点在第二时刻的二维像素坐标，计算设备可以计算得到第二时刻从静态基准坐标系转换到测量摄像机坐标系的转换矩阵

可以表示测量摄像机在第二时刻的位置姿态。

其中，具体的计算过程可以参考摄像机位姿求解概念介绍中的内容。

S250、根据挠度测量装置在第一时刻和第二时刻的位置姿态，计算测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量。

计算设备计算测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量，需要计算测量摄像机与测量平台的相对位置关系。其中，云台可以用于计算上述测量摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵

可以表示测量摄像机与测量平台的相对位置关系。由于云台不对测量摄像机的位置姿态进行调整，任意时刻测量摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵均与

相同。

可以用于表示任意时刻测量摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵。

经过上述步骤S240，计算设备可以得到在第一时刻和第二时刻静态基准坐标系到测量摄像机坐标系的转换矩阵

和

根据

和

计算设备利用下式(3-3)可以计算测量平台的晃动量。

其中，

可以表示测量平台的位置姿态从第一时刻到第二时刻的变化量，也即测量平台的晃动量。

S260、根据测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量和挠度测量装置在第一时刻和第二时刻采集的图像数据，计算并校正待测点的挠度。

经过上述步骤S250，计算设备得到测量平台的晃动量

根据式(3-2)，计算设备可以计算并校正待测点的挠度，具体过程可参考上述步骤S180。

在另一种可能的实现方式中，待测点和不动参考点未同时处于测量摄像机的视场内，即测量摄像机对待测点和不动参考点采集图像数据需要调整自身的位置姿态。例如，在测量结构体为桥梁时，待测点可以分布在桥梁的桥头和桥尾，则所有待测点和不动参考点可能未同时处于测量摄像机的视场内。由于测量摄像机可以通过云台与测量平台连接，该云台可以调整测量摄像机的位置姿态并自动计算测量摄像记得位置姿态的调整量。

如图6所示，图6是本发明实施例提供的另一种挠度测量系统的结构示意图。挠度测量系统包括挠度测量装置120、调整后的挠度测量装置121、测量平台130和计算设备160。挠度测量系统可对待测结构体140进行挠度测量。其中，

挠度测量装置120可以包含测量摄像机。该测量摄像机可以用于对待测点141采集图像数据。

调整后的挠度测量装置121可以包含调整后的测量摄像机。其中，测量摄像机可以由云台控制并进行位置姿态的调整。该调整后的测量摄像机可以对不动参考点采集图像数据，该调整后的测量摄像机对不动参考点采集的图像数据中可以包含多个不动参考点的图像数据，例如，三个、四个等等。

下面介绍基于图6所示的挠度测量系统的挠度测量校正的方法。请参阅图7，图7是本发明实施例提供的另一种测量平台基准校正方法的流程图。如图7所示，该方法包括步骤S301～S3010。

S301、在第一时刻对待测点采集图像数据。

挠度测量装置可以利用测量摄像机对待测点采集图像数据。

S302、云台调整测量摄像机位置姿态，对不动参考点采集图像数据。

若测量摄像机的视场内未包含多个不动参考点，则云台可以对测量摄像机的位置姿态进行调整。调整后的测量摄像机可以对不动参考点采集图像数据。其中，调整后的测量摄像机采集的图像数据中可以包含多个不动参考点的数据，例如，三个、四个等等。

S303、挠度测量装置将在第一时刻对待测点采集的图像数据和对不动参考点采集的图像数据发送给计算设备。

S304、云台调整测量摄像机位置姿态，在第二时刻对待测点采集图像数据。

S305、云台调整测量摄像机位置姿态，对不动参考点采集图像数据。

步骤S304和S305可以参考步骤S301和S302。这里不再赘述。

S306、挠度测量装置将在第二时刻对待测点采集的图像数据和对不动参考点采集的图像数据发送给计算设备。

S307、根据挠度测量装置在第一时刻和第二时刻第不动参考点采集的图像数据，计算不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标。

计算设备可以利用亚像素定位算法计算不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标。具体的计算过程可以参考亚像素定位概念介绍中的内容，这里不再进行赘述。

S308、根据不动参考点在第一时刻和第二时刻的二维像素坐标，计算测量摄像机在第一时刻和第二时刻的位置姿态。

计算设备可以利用PnP对在第一时刻和第二时刻调整后的测量摄像机的位置姿态进行求解。计算设备借助挠度测量装置或其他测量仪器可以得到不动参考点在静态基准坐标系中的三维空间坐标，并根据不动参考点在第一时刻的二维像素坐标，计算设备可以计算得到第一时刻从静态基准坐标系转换到调整后的测量摄像机坐标系的转换矩阵

同样的，根据动参考点在第二时刻的二维像素坐标，计算设备可以计算得到第二时刻从静态基准坐标系转换到调整后的测量摄像机坐标系的转换矩阵

S309、根据测量摄像机在第一时刻和第二时刻的位置姿态，计算测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量。

计算设备计算测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量，还需要利用在第一时刻和第二时刻调整后的测量摄像机与测量平台的相对位置关系。上述云台可以在短时间内完成对测量摄像机的位置姿态的调整，并得到在第一时刻调整后的测量摄像机坐标系到测量平台坐标系的转矩矩阵

可以表示在第一时刻调整后的测量摄像机与测量平台的相对位置关系。其中，Δt可以表示上述云台调整测量摄像机位姿的时间。由于上述云台可以在短时间内完成对测量摄像机位姿的调整，因此可以认为从第一时刻到第一时刻经过Δt的时刻，测量平台的位置姿态没有发生变化，即可以认为对待测点采集图像数据和对不动参考点采集图像数据时同时进行的。则在第一时刻调整后的测量摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵有如下式(3-4)的表达式：

计算设备可以根据下式(3-5)计算测量平台的晃动量。

其中，

可以表示在云台第一时刻调整测量摄像机，经过Δt得到调整后的测量摄像机，该调整后的摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵。

可以表示云台在第二时刻调整测量摄像机，经过Δt得到调整后的测量摄像机，该调整后的摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵。由于上述调整后的测量摄像机在对不动参考点采集图像数据时，调整后的测量摄像机与测量平台的相对位置关系可以不发生变化，则转换矩阵

可以与转换矩阵

相同。

可以表示任意时刻调整后的摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵。

S3010、根据测量摄像机从第一时刻到第二时刻的晃动量和挠度测量装置在第一时刻和第二时刻对待测点采集的图像数据，计算并校正待测点的挠度

经过上述步骤S309得到测量平台的晃动量

计算设备可以根据式(3-2)计算并校正待测点的挠度，具体过程可参考上述步骤S180。

在另一种可能的实现方式中，多个校准摄像机与测量平台刚性固定。该多个校准摄像机对不动参考点采集图像数据。计算设备可以根据多个校准摄像机对同一个不动参考点采集的多个图像数据确定该同一个不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标。根据不同时刻不动参考点在测量平台坐标系中三维空间坐标的变化，计算设备可以计算测量平台的位置姿态的变化。

由于使用多个校准摄像机，计算设备可以直接计算出不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标。相比于使用一个校准摄像机，在使用多个校准摄像机时可以不用借助挠度测量装置或者其它测量仪器确定不动参考点的三维空间坐标，并且可以不用借助静态基准坐标系而直接计算得到测量平台的位置姿态的变化。

下面以两个校准摄像机与测量平台刚性固定为例进行说明。其中，两个校准摄像机可以分别为校准摄像机A和校准摄像机B。请参阅图8，图8是本发明实施例提供的另一种挠度测量校正方法的流程图。如图8所示，该方法包括步骤S410～S480。

S410、校准摄像机A在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集图像数据。

上述第二时刻可以在上市第一时刻之后。上述校准摄像机A对不动参考点采集的图像数据中可以包含多个不动参考点的图像数据，例如，三个、四个等等。

S420、校准摄像机B在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集图像数据。

校准摄像机B采集的图像数据与校准摄像机A采集的图像数据包含多个相同的不动参考点，例如，三个、四个等等。

S430、校准摄像机A将在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集的图像数据发送给计算设备。

S440、校准摄像机B将在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集的图像数据发送给计算设备。

需要说明的是，在本发明实施例中，上述步骤S430和步骤S440没有先后顺序之分。

S450、根据两个校准摄像机在第一时刻和第二时刻对不动参考点采集的图像数据，计算不动参考点在两个校准摄像第一时刻和第二时刻机采集的图像数据中的二维像素坐标。

计算设备可以利用亚像素定位算法得到同一参考点在两个校准摄像机第一时刻和第二时刻采集的图像数据中的二维像素坐标。亚像素定位算法的具体计算过程可以参考亚像素定位概念介绍中的内容，这里不再进行赘述。

S460、根据同一不动参考点在两个校准摄像机第一时刻和第二时刻采集的图像数据中的二维像素坐标，计算第一时刻和第二时刻不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标。

计算设备计算第一时刻和第二时刻不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标，还需要利用两个校准摄像机与测量平台的相对位置关系。

计算设备分别对校准摄像机A和校准摄像机B的外参数进行标定，可以得到校准摄像机A坐标系和校准摄像机B坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵分别为

和

其中，

和

可以分别表示校准摄像机A和校准摄像机B与测量平台的相对位置关系。

对校准摄像机的外参数进行标定的具体过程可以参考摄像机标定概念介绍中的内容，这里不再进行赘述。

计算设备可以根据同一不动参考点在两个校准摄像机第一时刻和第二时刻采集的图像数据中的二维像素坐标以及两个校准摄像机坐标系到测量平台坐标系的转换矩阵，重构该不动参考点在测量平台坐标系的三维空间坐标。其中，具体的计算方法可以为最小二乘法和视差测距法等方法。本发明实施例对计算不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标的方法不进行具体限定。

下面以最小二乘法计算三维空间坐标为例进行说明。计算设备可以根据下式(3-6)和(3-7)得到不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标：

其中，s为不为0的比例因子。[u^A,v^A,1]^T是不动参考点在校准摄像机A采集的图像数据中的二位像素坐标的齐次坐标，[X,Y,Z,1]^T是不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标的齐次坐标。

为一个3*4的矩阵，可表示校准摄像机A的内参数矩阵。

为一个3*4的矩阵，可表示校准摄像机B的内参数矩阵。

S470、根据第一时刻和第二时刻不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标，计算测量平台从第一时刻到第二时刻的晃动量。

根据步骤S460，计算设备可以计算第一时刻不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标(X₀,Y₀,Z₀)，并计算第二时刻不动参考点在测量平台坐标系中的三维空间坐标(X_t,Y_t,Z_t)。根据下式(3-8)，计算设备可以根据三个不动参考点在第一时刻和第二时刻在测量平台坐标系中的三维空间坐标，得到测量平台的位置姿态从第一时刻到第二时刻的变化量，即测量平台的晃动量。

S480、根据校准摄像机从第一时刻到第二时刻的晃动量和挠度测量装置在第一时刻和第二时刻对待测点采集的图像数据，计算并校正待测点的挠度。

经过上述步骤S470得到测量平台的晃动量

计算设备可以根据式(3-2)对计算并校正待测点的挠度，具体过程可参考上述步骤S180。

在本发明实施例中，挠度测量系统可以包括校准摄像机、挠度测量装置、测量平台和计算设备。其中，校准摄像机与测量平台刚性固定，挠度测量装置与测量平台固定。计算设备与校准摄像机建立有通信连接，计算设备与挠度测量装置建立有通信连接。

校准摄像机可以对多个不动参考点采集第一图像数据，例如，三个、四个等等。校准摄像机将上述第一图像数据发送给计算设备。

挠度测量装置中可包含测量摄像机。该测量摄像机可以对待测结构体上的待测点采集第二图像数据。挠度测量装置将所述第二图像数据发送给计算设备。

计算设备可以根据第一图像数据，计算测量平台的晃动量。根据上述第二图像数据，计算设备可以计算待测点的挠度，并根据晃动量校正上述待测点的挠度。

本发明实施例中，挠度测量系统可以是图1、图4和图6中的任一个。

本发明实施例还提供一种计算设备。请参阅图9，图9是本发明实施例提供的一种计算设备的结构示意图。如图9所示，该计算设备包括通过总线连接的通信接口161、处理器162和存储器163。其中，

存储器163可以存储计算机程序，计算设备运行上述计算机程序可以计算并校正待测点的挠度。

通信接口161可用于计算设备与挠度测量系统中的校准摄像机和挠度测量装置建立通信连接。校准摄像机可以将对不动参考点采集的图像数据发送给计算设备。挠度测量装置可以将对待测点采集的图像数据发送给计算设备。

处理器可用于调用上述计算机程序，使得该计算设备执行以下操作：

接收来自校准摄像机的第一图像数据和来自挠度测量装置的第二图像数据，上述第一图像数据为校准摄像机对不动参考点采集的图像数据，上述第二图像数据为挠度测量装置中的测量摄像机对待测结构体上的待测点采集的图像数据。

根据上述第一图像数据，计算测量平台的晃动量。

根据上述第二图像数据，计算待测点的挠度，并根据晃动量校正待测点的挠度。

不限于上述模块，该计算设备还可以包含更多或者更少的模块。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种挠度测量校正方法，其特征在于，所述方法应用于挠度测量系统，所述挠度测量系统包括计算设备、刚性固定于测量平台的校准摄像机和固定于所述测量平台的挠度测量装置，所述挠度测量装置包含测量摄像机；所述方法包括：

所述校准摄像机将所述第一图像数据发送给所述计算设备；

所述挠度测量装置利用所述测量摄像机对待测结构体上的待测点采集第二图像数据，并将所述第二图像数据发送给所述计算设备；

所述计算设备确定第一位置关系，所述第一位置关系为所述校准摄像机和所述测量平台在三维空间内的相对位置关系；

所述计算设备根据所述第一图像数据和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量；所述晃动量为所述测量平台在所述三维空间内位置姿态的变化量；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算设备确定第一位置关系，包括：

所述计算设备接收来自所述校准摄像机采集的第三图像数据，所述第三图像数据包含至少三个所述不动参考点；

所述挠度测量装置确定在所述三维空间内所述至少三个所述不动参考点相对于所述测量平台的位置，并将所述至少三个所述不动参考点相对于所述测量平台的位置发送给所述计算设备；

所述计算设备根据所述第三图像数据、所述至少三个所述不动参考点相对于所述测量平台的位置确定所述第一位置关系。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算设备根据所述第一图像数据和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量，包括：

所述计算设备根据所述第一图像数据，计算所述校准摄像机的位置姿态；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校准摄像机的数量是多个，所述第一图像数据包含多个校准摄像机采集的图像数据，所述第一位置关系包含所述多个校准摄像机和所述测量平台在所述三维空间内的相对位置关系；

所述计算设备根据所述第一图像数据和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量，包含：

所述计算设备根据所述多个校准摄像机采集的图像数据、所述多个校准摄像机和所述测量平台在所述三维空间内的相对位置关系，计算所述三维空间内所述不动参考点相对于所述测量平台的位置；

所述计算设备根据不同时刻所述三维空间内所述不动参考点相对于所述测量平台的位置计算所述测量平台的晃动量。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，

6.一种挠度测量系统，其特征在于，所述系统包括：

计算设备、刚性固定于测量平台的校准摄像机和固定于所述测量平台的挠度测量装置；所述计算设备与所述校准摄像机建立有通信连接，所述计算设备与所述挠度测量装置建立有通信连接；

所述校准摄像机，用于对不动参考点采集第一图像数据，并将所述第一图像数据发送给所述计算设备；所述不动参考点为绝对位置不变的点；

所述挠度测量装置，用于利用所述测量摄像机对待测结构体上的待测点采集第二图像数据，并将所述第二图像数据发送给所述计算设备；

所述计算设备，用于确定第一位置关系，所述第一位置关系为所述校准摄像机和所述测量平台在三维空间内的相对位置关系；

所述计算设备，还用于根据所述第一图像数据和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量；所述晃动量为所述测量平台在所述三维空间内位置姿态的变化量；还用于根据所述第二图像数据计算所述待测点的挠度，并根据所述晃动量校正所述待测点的挠度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述校准摄像机，还用于对所述不动参考点采集第三图像数据，并将所述第三图像数据发送给所述计算设备；所述第三图像数据包含至少三个所述不动参考点；

所述挠度测量装置，还用于确定在所述三维空间内所述至少三个不动参考点相对于所述测量平台的位置，并将所述至少三个所述不动参考点相对于所述测量平台的位置发送给所述计算设备；

所述计算设备，还用于根据所述第三图像数据、所述至少三个所述不动参考点相对于所述测量平台的位置确定所述第一位置关系。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述计算设备具体用于：

根据所述第一图像数据，计算所述校准摄像机的位置姿态；

根据所述校准摄像机的位置姿态和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述校准摄像机的数量是多个，所述第一图像数据包含多个校准摄像机采集的图像数据，所述第一位置关系包含所述多个校准摄像机和所述测量平台在所述三维空间内的相对位置关系；

所述计算设备具体用于：

根据所述多个校准摄像机采集的图像数据、所述多个校准摄像机和所述测量平台在所述三维空间内的相对位置关系，计算所述三维空间内所述不动参考点相对于所述测量平台的位置；

根据不同时刻所述三维空间内所述不动参考点相对于所述测量平台的位置计算所述测量平台的晃动量。

10.根据权利要求6-9任一项所述的系统，其特征在于，

11.一种挠度测量校正方法，其特征在于，包括：

所述计算设备接收来自测量摄像机的第二图像数据，所述测量摄像机包含于挠度测量装置，所述第二图像数据为所述测量摄像机对待测结构体上的待测点采集的图像数据；

所述计算设备根据所述第一图像数据和所述第一位置关系，计算测量平台的晃动量；所述晃动量为所述测量平台在所述三维空间内位置姿态的变化量；

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述计算设备确定第一位置关系，包括：

所述计算设备接收来自所述挠度测量装置发送的在所述三维空间内所述至少三个不动参考点相对于所述测量平台的位置；

所述计算设备根据所述第三图像数据、所述至少三个不动参考点相对于所述测量平台的位置计算所述第一位置关系。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述计算设备根据所述第一图像数据和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量，包括：

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述校准摄像机的数量是多个，所述第一图像数据包含多个校准摄像机采集的图像数据，所述第一位置关系包含所述多个校准摄像机和所述测量平台在所述三维空间内的相对位置关系；

所述计算设备根据所述第一图像数据和所述第一位置关系，计算所述测量平台的晃动量，包括：

所述计算设备根据所述多个校准摄像机采集的图像数据、所述多个校准摄像机和所述测量平台在所述三维空间内的相对位置关系，计算所述不动参考点相对于所述测量平台的位置；

15.一种计算设备，其特征在于，包括：

所述处理器用于调用所述计算机程序，使得所述计算设备执行权利要求11至14任一项所述方法。