CN116772739B - 一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法及装置，该方法包括：获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像；其中，不同监测相机对应的监视区域不同，且监测相机固定安装在可移动的转台上；确定采集监视图像的监测相机所在转台的位置信息；根据各监测相机之间的位姿关系、监视图像和位置信息，确定待监测点的三维坐标；根据不同时刻下待监测点的三维坐标，确定变形结果。本方案提供的大尺寸结构真空环境内的变形监测方法能在真空环境下对大尺寸结构的自动化变形监测，提高变形监测效率。
Description
技术领域
本发明涉及星敏感器地面测试技术领域，特别涉及一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法及装置。
背景技术
星敏感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置，通过探测天球上不同位置的恒星并进行解算，为卫星、宇航飞船等航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准。通常需要建立星空背景模拟系统，该系统位于真空环境中，以球形面板模拟天球，所有星点分布在50°×10°的扇形区域，横向尺寸约6m，纵向尺寸约2m，模拟星点的位置作为系统测量基准，要求其在测试过程中位置稳定。因此，需要在真空条件下对其支撑结构以及各个单星模拟器的结构变形进行实时监测。
现有的测量方法有经纬仪、全站仪、激光跟踪仪测量空间相对三维坐标值，但这些方法存在需多人操作、接触式测量、无法自动化或得到二维数据结果等缺点，均无法同时满足真空特殊环境下对大尺寸结构的自动化变形监测测量。
发明内容
本发明实施例提供了一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法及装置，该方法能实现在真空环境下对大尺寸结构的自动化变形监测，提高变形监测效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法，包括：
获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像；其中，不同监测相机对应的监视区域不同，且所述监测相机固定安装在可移动的转台上；
确定采集所述监视图像的所述监测相机所在转台的位置信息；
根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标；
根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果。
可选地，在所述获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像之前，还包括：
根据所述待监测区域的尺寸，确定所述监测相机的数量及布设位置以建立相机监测系统；其中，所述相机监测系统包括布设在所述待监测区域外的至少四台监测相机。
可选地，所述获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像，包括：
根据所述监测相机的测量范围和预设航向重叠度，将所述待监测区域划分为至少三个观测区域；其中，每个所述观测区域由至少三台所述监测相机进行监测；
针对每个所述观测区域，均执行：确定用于监测该观测区域的各监测相机所在转台的位置，以采集该观测区域内第一待监测点的监视图像；其中，同一监测相机在不同观测区域时转台的位置信息不同。
可选地，所述根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标，包括：
针对每个所述待监测点，获取同一时刻下各所述监测相机采集的第一监视图像，并确定所述第一监视图像所对应的监测相机、转台的位置信息，基于所述位姿关系利用光束法平差计算该待监测点的三维坐标。
可选地，所述根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果，包括：
判断目标时刻下所述待监测点的三维坐标与初始时刻下该待监测点的初始三维坐标之间的差值是否大于预设变形阈值；
若是，则确定所述待监测区域发生变形。
可选地，所述监测相机之间的位姿关系通过如下方法确定：
将标定板置于所述待监测区域内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
将所述转台均调整至处于初始的零位位置，并在所述转台的可转动轴框上设置标记点；
利用所述标定板标定所述监测相机，确定各所述监测相机的内参数和外参数；
选取两组包括所述监测相机和所述监测相机所在转台的相机装置，并通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，得到目标外参数；所述目标外参数包括各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，以及各相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系。
可选地，所述利用所述标定板标定所述监测相机，包括：
令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点；
根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各监测相机的内参数和外参数；
根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系。
可选地，所述通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，包括：
对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
令选出的两组所述相机装置中的两个转台均保持零位位置不变动，由两个监测相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的转台分别绕三轴转动过程中的标记点的运动轨迹；所述标记点的运动轨迹记录在测量坐标系下；
根据所述标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中转台的转台坐标系；
结合各所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
第二方面，本发明实施例还提供了一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置，包括：
获取模块，用于获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像；其中，不同监测相机对应的监视区域不同，且所述监测相机固定安装在可移动的转台上；
位置确定模块，用于确定采集所述监视图像的所述监测相机所在转台的位置信息；
坐标确定模块，用于根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标；
判断模块，用于根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述任一项所述的大尺寸结构真空环境内的变形监测方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行上述任一项所述的大尺寸结构真空环境内的变形监测方法。
本发明提供了一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法及装置，该方法对位于真空环境内的待监测区域布设至少四台监测相机，并将监测相机固定安装在可移动转台上，从而采用多个监测相机通过转台移动监测相机，实现对该待检测区域的全面覆盖的监测，如此通过获取到的待监测点的监视图像确定其三维坐标，便能进一步根据不同时刻下待监测点的三维坐标的变化来确定变形结果，完成对大尺寸结构真空环境的自动化变形监测，而且具有非接触、高效率、实时性好、抗干扰能力强等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明一实施例提供的一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的一种大尺寸结构真空环境内的变形监测系统的示意图；
图3是本发明一实施例提供的一种计算设备的硬件架构图；
图4是本发明一实施例提供的一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。
以下为本发明的构思，如图1所示，本发明实施例提供了一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法，该方法包括：
步骤100，获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像；其中，不同监测相机对应的监视区域不同，且所述监测相机固定安装在可移动的转台上；
步骤102，确定采集所述监视图像的所述监测相机所在转台的位置信息；
步骤104，根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标；
步骤106，根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果。
在本发明实施例中，对位于真空环境内的待监测区域布设至少四台监测相机，并将监测相机固定安装在可移动转台上，从而采用多个监测相机通过转台移动监测相机，实现对该待检测区域的全面覆盖的监测，如此通过获取到的待监测点的监视图像确定其三维坐标，便能进一步根据不同时刻下待监测点的三维坐标的变化来确定变形结果，完成对大尺寸结构真空环境的自动化变形监测，而且具有非接触、高效率、实时性好、抗干扰能力强等特点。
需要说明的是，本发明提供的变形监测方法包括但不限于应用在穹顶恒星天球模拟系统、星空背景模拟系统的支撑结构的变形监测测量、应用在大尺寸范围的工业结构的变形监测测量。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
在步骤100之前，还包括：根据所述待监测区域的尺寸，确定所述监测相机的数量及布设位置以建立相机监测系统；其中，所述相机监测系统包括布设在所述待监测区域外的至少四台监测相机。
更具体地，各组监测相机之间相互可视。
在步骤100中，在待监测区域为星空背景模拟系统的穹顶区域时，对应的待监测点为设置在星空背景模拟系统支撑结构上的标志点，监测相机优选可在真空环境下完成图像拍摄的高精度相机。在待监测区域为大尺寸范围的工业结构时，对应的待监测点为该工业结构内的可用于测量其变形的标志点或结构单元。
在步骤100中，获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像，包括：
根据所述监测相机的测量范围和预设航向重叠度，将所述待监测区域划分为至少三个观测区域；其中，每个所述观测区域由至少三台所述监测相机进行监测；
针对每个所述观测区域，均执行：确定用于监测该观测区域的各监测相机所在转台的位置，以采集该观测区域内第一待监测点的监视图像；其中，同一监测相机在不同观测区域时转台的位置信息不同。
需要说明的是，针对观测区域中的任一待监测点，在同一时刻下均可采集到由至少三台监测相机采集到的至少三张监视图像。预设航向重叠度优选为60％。由于设置了预设航向重叠度，因此相邻观测区域中存在重叠区域。
在本发明中，基于监测相机的测量范围和预设航向重叠度，将待监测区域划分为至少三个观测区域，从而在借助监测相机随转台的移动实现对不同的观测区域进行监视，实现全面覆盖待监测区域的同时，尽可能多的保留有效信息，进而基于监视图像精准地确定变形结果，提高了变形结果的测量精度和可靠性。
在本发明实施例中，具体通过实际应用中，通过对待监测区域划分的多个观测区域，预先设计转台的移动路径，以使监测相机借助转台的移动路径实现对各观测区域的监视图像采集。需要说明的是，转台为二维转台或三维转台。
在步骤102中，确定每张所述监视图像所对应的监测相机所在转台的位置信息，以便后续建立监视图像与待监测区域之间的映射关系。
需要说明的是，转台的位置信息也可根据各监测相机之间的位姿关系进行坐标表示。
在步骤104中，根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标，包括：
针对每个所述待监测点，获取同一时刻下各所述监测相机采集的第一监视图像，并确定所述第一监视图像所对应的监测相机、转台的位置信息，基于所述位姿关系利用光束法平差计算该待监测点的三维坐标。
在本发明实施例中，对同一时刻下获取的待监测点的至少四张监视图像，确定对应各张监视图像的监测相机、转台位置信息，以基于位姿关系将监视图像信息与转台的位置信息进行融合处理，计算得到待监测点的三维坐标。
为精确解算监视图像以得到待监测点的三维坐标，需对监视相机进行标定，以确定其像素点和实际三维空间的映射关系，并且一旦监视相机位置发生变动，就需要重新标定。但至少四台监测相机设置在真空环境内部，且拍摄范围大，真空工作环境出入困难，难以通过常规的标定技术对其进行标定。因此，如何快速、准确地对真空环境内的多相机及多转台进行标定，成为精确监测穹顶系统等大尺寸结构真空环境的难点。
有鉴于此，本发明还提供了一种标定方法，该方法先利用标定板标定监测相机，再利用标定后的监测相机标定转台与监测相机的关系，省去了很多外部参与标定的步骤，有利于提高标定效率，降低整个相机系统的标定难度，为实现在真空环境下监测空间大尺寸结构件提供技术支持。
针对步骤104中的监测相机之间的位姿关系，通过如下方法确定：
S1：将标定板置于所述待监测区域内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
S2：将所述转台均调整至处于初始的零位位置，并在所述转台的可转动轴框上设置标记点；
S3：利用所述标定板标定所述监测相机，确定各所述监测相机的内参数和外参数；
S4：选取两组包括所述监测相机和所述监测相机所在转台的相机装置，并通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
S5：再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
S6：选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系。
在本发明实施例中，由至少四台监测相机及其所安装的至少四台转台组成多相机系统，通过对该多相机系统中的相机参数进行标定，再利用标定后的监测相机标定监测相机与转台的坐标关系，得到包括各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系，以及各监测相机的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系，最终建立可移动的相机所拍摄的监视图像的像素点与真实三维空间点之间的映射关系，能够快速、准确地对用于监测穹顶系统的多相机及转台进行标定。
在一个优选的实施方式中，步骤S1标定所述标定板，包括：
建立世界坐标系Ow-XwYwZw；
利用摄影测量相机拍摄所述标定板及铟钢基准尺，通过单相机后方交会法，确定所述标定板上的标志点及所述铟钢基准尺上的基准点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标；所述铟钢基准尺上的多个所述基准点相对位置关系经过校准；
利用所述铟钢基准尺的所述基准点的相对位置及空间三维坐标，校正所述标志点在世界坐标系Ow-XwYwZw的空间三维坐标，得到所述标定板上的所述标志点在世界坐标系下的三维表示。
具体地，铟钢基准尺膨胀系数极低，小于0.1μm/℃，适用于高温真空环境。铟钢基准尺可固定于标定板表面，也可独立设置在世界坐标系Ow-XwYwZw下，用于校准标定板物方空间精度。利用单相机后方交会方法测量所述标定板上的标志点的位置，可获得标定板上每个标志点的相对位置关系，再按照铟钢基准尺上经过校准的各基准点的相对位置及空间三维坐标进行修正，即可确定各个标志点在世界坐标系下的三维表示。
在一个更优选的实施方式中，所述标定板及铟钢基准尺通过移动装置设于星空背景模拟系统的真空环境腔内，位于星空背景模拟系统的星模拟器的一侧。
上述实施例将标定板及铟钢基准尺通过移动装置设于真空环境腔内，位于星模拟器一侧，考虑到转台可以移动，拍摄星模拟器及支撑结构进行测量可与拍摄标定板进行标定互不干扰。
在一个更优选的实施方式中，还包括：定期利用所述标定板及铟钢基准尺，重新标定由至少四台监测相机及其所安装的至少四台转台组成多相机系统。
采用上述实施例，进行标定时，通过调节三维转台将监测相机的光轴均指向所述标定板，完成标定后通过调节转台将监测相机的光轴转向星模拟器，标定板及铟钢基准尺无需取出真空环境腔，且在使用一段时间后，可重新利用标定板及铟钢基准尺标定该多相机系统，无需反复开启真空环境腔，操作过程更加简单，且有利于提高标定精度。
在一个优选的实施方式中，步骤S2将所述转台均调整至处于初始的零位位置，包括：
通过各转台调整相应监测相机的光轴，令各监测相机的光轴均指向所述标定板，各监测相机的拍摄范围覆盖所述标定板及其余包括所述监测相机和所述监测相机所在转台的相机装置(即除该监测相机所属的相机装置之外的其他相机装置)，设置各转台当前位置为初始的零位位置。
采用上述实施例令各相机装置初始状态相互可视，后续即可利用监测相机相互标定转台，无需再调整转台，有利于减少误差，精确获得转台坐标系与相机坐标系之间的对应关系。
在一个优选的实施方式中，步骤S2设置标记点包括：
在转台的相机座(即最内层的可转动轴框)上设置标记点，和/或
在转台的每一层可转动轴框上设置标记点，以便采集到转台在各个维度上的转动和移动。
在一个优选的实施方式中，步骤S3利用所述标定板标定所述监测相机，包括：
S31：令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点；此处相同的标志点是指相对于标定板及世界坐标系均位置相同的标志点；
S32：根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各监测相机的内参数和外参数；求解内参数的方式可参考现有技术，在此不再进一步赘述；
S33：根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系。
上述实施例采用两个监测相机拍摄相同的标志点的方式，建立两个相机坐标系之间的联系，也即确定了一个相机坐标系在另一个相机坐标系下的位姿关系，实际上完成了相机与相机间关系的标定。
进一步地，所述步骤S31包括：
令每一对所述相机装置同时采集所述标定板上相同的所述标志点，并记录所述标志点在世界坐标系下的三维表示；
调整所述标定板的位置后，重复上一步骤，直至采集到足够多的标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示。
上述实施例通过调整所述标定板的位置，能够获得更多的标志点用于标定监测相机，提高标定结果的准确性。进一步地优选地，调整所述标定板的位置后，对于标志点在世界坐标系下的三维表示，可采用利用铟钢基准尺再次进行校正。
在一个优选的实施方式中，步骤S4通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，包括：
对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
令选出的两组所述相机装置中的两个转台均保持零位位置不变动，由两个监测相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的转台分别绕三轴转动过程中的标记点的运动轨迹；所述标记点的运动轨迹记录在测量坐标系下；
根据所述标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中转台的转台坐标系；
结合各所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
进一步地，根据所述标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中转台的转台坐标系包括：
在测量坐标系下，分别根据转台绕轴转动过程中的标记点运动轨迹，解算转台运动的转轴向量；
根据解算所得的至少两个转轴向量建立转台坐标系，确定转台坐标系原点及各轴方向。
上述实施例采用两个监测相机组成双目成像系统，拍摄转台绕轴转动过程中的标记点运动轨迹，例如可令转台先绕一个转轴旋转，每间隔10°进行一次拍摄，确定标记点位置，完成360°转动后，根据多个标记点位置拟合圆周，圆周的法线即转轴向量方向，再令转台绕另一个转轴旋转，重复上述过程，拟合圆周，两个圆周的法线的交点及转台坐标系原点，再令转台绕另一个转轴旋转，重复上述过程，最终确定转台坐标系在测量坐标系下的表示。
在一个优选的实施方式中，针对步骤S5，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的转台，可采用与步骤S4同样的方式，在此不再赘述。优选地，步骤S5还可对步骤S4以标定的转台进行重复标定，以验证标定结果是否准确可靠。
针对步骤S6，以其中一组所述相机装置的相机坐标系为基准坐标系有利于统一相机与相机、相机与转台间的对应关系。在其他实施例中，也可采用世界坐标系作为基准坐标系。
在步骤106中，根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果，包括：
判断目标时刻下所述待监测点的三维坐标与初始时刻下该待监测点的初始三维坐标之间的差值是否大于预设变形阈值；
若是，则确定所述待监测区域发生变形。
在本发明实施例中，用不同时刻下测量得到的待监测点的三维坐标进行匹配分析，计算出每个待检测点在目标时刻和初始时刻的坐标差值，若该差值不大于预设变形阈值，则确定无变形发生；反之，则确定发生变形。
更具体地，采用ICP算法分析获取测量待监测点不同时期的监视图像，计算出每个待监测点在X、Y、Z方向的残差值及总残差值，若相同待监测点的坐标变化在一定限差范围内，则无变形发生；若待监测点坐标变化超出限差或明显变化，即可判断待监测区域(例如星空背景模拟系统支撑结构)发生形变。
例如，如图2所示,在待监测区域为星空背景模拟系统的穹顶区域时，所有待监测点(即测量标志)分布在50°×10°的扇形区域，结合星空背景模拟系统前舱段的尺寸，横向尺寸约6m，纵向尺寸约2m，对监测相机的安装位置及数量、标志的可视性进行确定，同时考虑摄影测量最佳交会角为60°～120°的要求，最终确定布设4台监测相机(分别为相机A、相机B、相机C、相机D)，并将该穹顶区域划分为6个观测区域，监测相机均固定安装在转台上，可随转台移动而移动至各个观测区域，且各监测相机之间相互可视(例如，相机A能拍摄到其余任一相机及其转台)。图2中的基准尺即为铟钢基准尺。
如图3、图4所示，本发明实施例提供了一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图3所示，为本发明实施例提供的一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置所在计算设备的一种硬件架构图，除了图3所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的计算设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图4所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在计算设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置，包括：
获取模块400，用于获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像；其中，不同监测相机对应的监视区域不同，且所述监测相机固定安装在可移动的转台上；
位置确定模块402，用于确定采集所述监视图像的所述监测相机所在转台的位置信息；
坐标确定模块404，用于根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标；
判断模块406，用于根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果。
在一些具体的实施方式中，获取模块400可用于执行上述步骤100，位置确定模块402可用于执行上述步骤102，坐标确定模块404可用于执行上述步骤104，判断模块406可用于执行上述步骤106。
在一些具体的实施方式中，该装置还包括构建模块；
构建模块用于执行如下操作：
根据所述待监测区域的尺寸，确定所述监测相机的数量及布设位置以建立相机监测系统；其中，所述相机监测系统包括布设在所述待监测区域外的至少四台监测相机。
在一些具体的实施方式中，获取模块400还用于执行如下操作：
根据所述监测相机的测量范围和预设航向重叠度，将所述待监测区域划分为至少三个观测区域；其中，每个所述观测区域由至少三台所述监测相机进行监测；
针对每个所述观测区域，均执行：确定用于监测该观测区域的各监测相机所在转台的位置，以采集该观测区域内第一待监测点的监视图像；其中，同一监测相机在不同观测区域时转台的位置信息不同。
在一些具体的实施方式中，坐标确定模块404还用于执行如下操作：
针对每个所述待监测点，获取同一时刻下各所述监测相机采集的第一监视图像，并确定所述第一监视图像所对应的监测相机、转台的位置信息，基于所述位姿关系利用光束法平差计算该待监测点的三维坐标。
在一些具体的实施方式中，判断模块406还用于执行如下操作：
判断目标时刻下所述待监测点的三维坐标与初始时刻下该待监测点的初始三维坐标之间的差值是否大于预设变形阈值；
若是，则确定所述待监测区域发生变形。
在一些具体的实施方式中，该装置还包括标定模块，该标定模块还用于执行如下操作：
将标定板置于所述待监测区域内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
将所述转台均调整至处于初始的零位位置，并在所述转台的可转动轴框上设置标记点；
利用所述标定板标定所述监测相机，确定各所述监测相机的内参数和外参数；
选取两组包括所述监测相机和所述监测相机所在转台的相机装置，并通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系。
在一些具体的实施方式中，标定模块还用于执行如下操作：
令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点；
根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各监测相机的内参数和外参数；
根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系。
在一些具体的实施方式中，标定模块还用于执行如下操作：
对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
令选出的两组所述相机装置中的两个转台均保持零位位置不变动，由两个监测相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的转台分别绕三轴转动过程中的标记点的运动轨迹；所述标记点的运动轨迹记录在测量坐标系下；
根据所述标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中转台的转台坐标系；
结合各所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括、但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种大尺寸结构真空环境内的变形监测方法，其特征在于，包括：
获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像；其中，不同监测相机对应的监视区域不同，且所述监测相机固定安装在可移动的转台上；
确定采集所述监视图像的所述监测相机所在转台的位置信息；
根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标；
根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果；
所述监测相机之间的位姿关系通过如下方法确定：
将标定板置于所述待监测区域内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
将所述转台均调整至处于初始的零位位置，并在所述转台的可转动轴框上设置标记点；
利用所述标定板标定所述监测相机，确定各所述监测相机的内参数和外参数；
选取两组包括所述监测相机和所述监测相机所在转台的相机装置，并通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系；
所述通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，包括：
对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
令选出的两组所述相机装置中的两个转台均保持零位位置不变动，由两个监测相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的转台分别绕三轴转动过程中的标记点的运动轨迹；所述标记点的运动轨迹记录在测量坐标系下；
根据所述标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中转台的转台坐标系；
结合各所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像之前，还包括：
根据所述待监测区域的尺寸，确定所述监测相机的数量及布设位置以建立相机监测系统；其中，所述相机监测系统包括布设在所述待监测区域外的至少四台监测相机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像，包括：
根据所述监测相机的测量范围和预设航向重叠度，将所述待监测区域划分为至少三个观测区域；其中，每个所述观测区域由至少三台所述监测相机进行监测；
针对每个所述观测区域，均执行：确定用于监测该观测区域的各监测相机所在转台的位置，以采集该观测区域内第一待监测点的监视图像；其中，同一监测相机在不同观测区域时转台的位置信息不同。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标，包括：
针对每个所述待监测点，获取同一时刻下各所述监测相机采集的第一监视图像，并确定所述第一监视图像所对应的监测相机、转台的位置信息，基于所述位姿关系利用光束法平差计算该待监测点的三维坐标。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果，包括：
判断目标时刻下所述待监测点的三维坐标与初始时刻下该待监测点的初始三维坐标之间的差值是否大于预设变形阈值；
若是，则确定所述待监测区域发生变形。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述标定板标定所述监测相机，包括：
令每两组所述相机装置为一对，分别采集所述标定板上相同的所述标志点；
根据各所述相机装置采集的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解各监测相机的内参数和外参数；
根据每一对所述相机装置采集的相同的所述标志点及标志点在世界坐标系下的三维表示，分别求解一对所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系。
7.一种大尺寸结构真空环境内的变形监测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取由至少四台监测相机采集的待监测区域中待监测点的监视图像；其中，不同监测相机对应的监视区域不同，且所述监测相机固定安装在可移动的转台上；
位置确定模块，用于确定采集所述监视图像的所述监测相机所在转台的位置信息；
坐标确定模块，用于根据各所述监测相机之间的位姿关系、所述监视图像和所述位置信息，确定所述待监测点的三维坐标；
判断模块，用于根据不同时刻下所述待监测点的三维坐标，确定变形结果；
所述变形监测装置还包括标定模块，该标定模块还用于执行如下操作：
将标定板置于所述待监测区域内，标定所述标定板，确定所述标定板上的标志点在世界坐标系下的三维表示；
将所述转台均调整至处于初始的零位位置，并在所述转台的可转动轴框上设置标记点；
利用所述标定板标定所述监测相机，确定各所述监测相机的内参数和外参数；
选取两组包括所述监测相机和所述监测相机所在转台的相机装置，并通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
再选出另两组所述相机装置，通过选出的两组所述相机装置标定在先选取的两组所述相机装置的转台，根据标志点的运动轨迹，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系；
选定基准坐标系，并确定其余各组所述相机装置对应的相机坐标系在基准坐标系下的位姿关系；
所述通过该两组所述相机装置标定其余各组所述相机装置的转台，包括：
对选出的两组所述相机装置建立测量坐标系；所述测量坐标系为其中一组所述相机装置的相机坐标系；
令选出的两组所述相机装置中的两个转台均保持零位位置不变动，由两个监测相机组成双目成像系统，共同拍摄其余各组所述相机装置中的转台分别绕三轴转动过程中的标记点的运动轨迹；所述标记点的运动轨迹记录在测量坐标系下；
根据所述标记点运动轨迹，标定测量坐标系下的其余各组所述相机装置中转台的转台坐标系；
结合各所述相机装置中相机坐标系之间的变换关系，确定各转台的转台坐标系在对应相机坐标系下的位姿关系。
8.一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-6中任一项所述的方法。
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