CN117537719B - 基于角度效应解耦的位移测量方法及其相关设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于角度效应解耦的位移测量方法及其相关设备，涉及视觉测量技术领域，该方法包括：从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。在本申请中，消除了转角耦合效应对位移测量的影响，从而实现超高层结构每个关键节点的平动位移的精确测量。
Description
技术领域
本申请涉及视觉测量技术领域，尤其涉及一种基于角度效应解耦的位移测量方法及其相关设备。
背景技术
在工程、材料、市政、交通等领域，存在着许多对微小形变、位移等参数进行高精度、非接触式测量的需求，非接触式视觉检测技术应运而生。目前，主要通过将激光灯固定于结构表面，以使结构表面的振动信息通过激光灯光束的振动传递给视觉测量系统。
然而这种基于激光投影技术的视觉位移测量方法，在实际应用中经常存在转角效应：结构表面除了存在平动位移之外，还存在转角，由于激光灯的投射距离远，即使是微小的转角也会被投射距离放大，产生较大的位移变化，使得测量得到的振动位移为耦合了角度效应所引起的位移以及真实的平动位移，最终导致测量得到的位移误差较大。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于角度效应解耦的位移测量方法及其相关设备，旨在解决测量得到的位移误差较大的问题。
为实现上述目的，本申请提供一种基于角度效应解耦的位移测量方法，所述基于角度效应解耦的位移测量方法包括以下步骤：
从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；
根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。
可选地，所述激光测量数据包括视觉相机与投影平面之间的第一测量距离和第二测量距离，所述视觉测量数据包括视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的两端点之间的第一像素距离，以及在第二测量距离处采集的第二像素距离，所述根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数的步骤，包括：
根据所述视觉相机的相关参数、所述第一测量距离和所述第一像素距离，计算视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的第一尺寸；
根据所述视觉相机的相关参数、所述第二测量距离和所述第二像素距离，计算视觉相机在第二测量距离处采集的光束半径的第二尺寸；
根据所述第一测量距离、所述第一尺寸/>、所述第二测量距离/>以及所述第二尺寸/>，计算光束投影参数/>和/>：
可选地，所述视觉相机的相关参数包括视觉相机的焦距和像元大小，所述根据所述视觉相机的相关参数、所述第一测量距离和所述第一像素距离，计算视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的第一尺寸的步骤，包括：
根据焦距、像元大小/>和所述第一测量距离/>，计算第一比例因子系数/>：
根据所述第一像素距离和所述第一比例因子系数/>，计算第一尺寸/>：
可选地，所述视觉测量数据包括视觉相机采集的每帧光束图像及其关联的光束的振动位移，所述根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移的步骤，包括：
根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离，以及当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角；
根据所述光束的振动位移，计算振动时程信号；
根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移和纵向位移。
可选地，在已计算光束投影参数的情况下，所述根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离的步骤，包括：
根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸；
根据所述实际尺寸、所述当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的夹角/>，以及光束投影参数/>和/>，计算当前帧光束图像关联的所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离：
可选地，所述激光测量数据包括第一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的第一夹角，所述根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点的转角的步骤，包括：
根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸，以及下一帧光束图像中光束半径的目标尺寸；
在根据第一夹角计算得到当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的当前夹角后，根据当前夹角、实际尺寸/>和目标尺寸/>，计算下一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的目标夹角/>：
根据当前夹角和目标夹角/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角/>：
可选地，所述根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算所述超高层结构的节点的横向位移的步骤，包括：
根据所述实际距离、所述转角/>和所述振动时程信号/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移：
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种基于角度效应解耦的位移测量装置，所述基于角度效应解耦的位移测量装置包括：
获取模块，用于从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；
计算模块，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种基于角度效应解耦的位移测量设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于角度效应解耦的位移测量程序，所述基于角度效应解耦的位移测量程序配置为实现所述的基于角度效应解耦的位移测量方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有基于角度效应解耦的位移测量程序，所述基于角度效应解耦的位移测量程序被处理器执行时实现所述的基于角度效应解耦的位移测量方法的步骤。
本申请提供了一种基于角度效应解耦的位移测量方法及其相关设备，与相关技术中基于激光投影技术的视觉位移测量方法，在实际应用中经常存在转角效应：结构表面除了存在平动位移之外，还存在转角，由于激光灯的投射距离远，即使是微小的转角也会被投射距离放大，产生较大的位移变化，使得测量得到的振动位移为耦合了角度效应所引起的位移以及真实的平动位移，最终导致测量得到的位移误差较大相比，在本申请中，从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。可以理解，在本申请中，从视觉相机和激光测距仪中获取测量数据和相关参数，并根据获取到的测量数据和相关参数计算光束投影参数，和/或者超高层结构的节点的转角和位移，以消除“激光-视觉”技术中存在的转角耦合效应对位移测量的影响，从而实现超高层结构每个关键节点的平动位移的精确测量。
附图说明
图1为本申请基于角度效应解耦的位移测量方法的第一实施例的第一流程示意图；
图2为本申请基于角度效应解耦的位移测量方法的第一实施例的第一场景示意图；
图3为本申请基于角度效应解耦的位移测量方法的第二实施例的第二流程示意图；
图4为本申请基于角度效应解耦的位移测量方法的第二实施例的第二场景示意图；
图5为本申请基于角度效应解耦的位移测量方法的第三实施例的第三流程示意图；
图6为本申请基于角度效应解耦的位移测量装置的结构框图；
图7为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1，图1为本申请基于角度效应解耦的位移测量方法的第一实施例的第一流程示意图。
在第一实施例中，所述基于角度效应解耦的位移测量方法包括以下步骤：
步骤S10，从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；
步骤S20，根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。
本实施例旨在：从视觉相机和激光测距仪中获取测量数据和相关参数，并根据获取到的测量数据和相关参数计算光束投影参数，和/或者超高层结构的节点的转角和位移，以消除“激光-视觉”技术中存在的转角耦合效应对位移测量的影响，从而实现超高层结构每个关键节点的平动位移的精确测量。
以下阐述具体的步骤：
步骤S10，从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；
需要说明的是，本实施例的执行主体为基于角度效应解耦的位移测量装置，所述基于角度效应解耦的位移测量装置可以是从属于基于角度效应解耦的位移测量设备。
在本实施例中，在从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据前，测量人员在光照稳定环境中，控制视觉系统中视觉相机的主光轴与投影平面法线的夹角为0度，并控制激光灯所在平面与投影平面尽量平行，同时控制视觉相机的成像中心与其中一个激光灯在投影平面形成的光束中心尽量接近。
在具体实施中，所述激光测距仪是指利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器，参照图2，所述视觉相机可以是工业相机，所述工业相机能够将光信号转变成有序的电信号。
需要说明的是，所述视觉相机的相关参数包括视觉相机的焦距和像元大小；所述视觉测量数据包括激光灯在投影平面上的光束半径两端点之间的像素距离，以及视觉相机采集的每帧光束图像及其关联的光束的振动位移；所述激光测量数据包括视觉相机与投影平面之间的测量距离，以及第一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的第一夹角。
步骤S20，根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。
需要说明的是，在需要计算光束投影参数的情况下，所述基于角度效应解耦的位移测量装置从激光测距仪中获取到的激光测量数据包括视觉相机与投影平面之间的第一测量距离和第二测量距离，所述基于角度效应解耦的位移测量装置从视觉相机中获取到的视觉测量数据包括视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的两端点之间的第一像素距离，以及在第二测量距离处采集的第二像素距离。
具体地，在需要计算光束投影参数的情况下，所述步骤S20还包括步骤S21-S23：
步骤S21，根据所述视觉相机的相关参数、所述第一测量距离和所述第一像素距离，计算视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的第一尺寸；
需要说明的是，所述第一像素距离是指视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的两端点关联的像素点之间的距离。
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据焦距、像元大小/>和所述第一测量距离/>，计算第一比例因子系数/>：
根据所述第一像素距离和所述第一比例因子系数/>，计算第一尺寸/>：
步骤S22，根据所述视觉相机的相关参数、所述第二测量距离和所述第二像素距离，计算视觉相机在第二测量距离处采集的光束半径的第二尺寸；
具体的，所述基于角度效应解耦的位移测量装置通过计算所述第一尺寸的方式，计算第二尺寸。
步骤S23，根据所述第一测量距离、所述第一尺寸/>、所述第二测量距离/>以及所述第二尺寸/>，计算光束投影参数/>和/>：
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据所述第一测量距离、所述第一尺寸/>、所述第二测量距离/>、所述第二尺寸/>以及方程组：
计算光束投影参数和/>。
在本实施例中，与相关技术中基于激光投影技术的视觉位移测量方法，在实际应用中经常存在转角效应：结构表面除了存在平动位移之外，还存在转角，由于激光灯的投射距离远，即使是微小的转角也会被投射距离放大，产生较大的位移变化，使得测量得到的振动位移为耦合了角度效应所引起的位移以及真实的平动位移，最终导致测量得到的位移误差较大相比，在本实施例中，从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。即在本实施例中，从视觉相机和激光测距仪中获取测量数据和相关参数，并根据获取到的测量数据和相关参数计算光束投影参数，和/或者超高层结构的节点的转角和位移，以消除“激光-视觉”技术中存在的转角耦合效应对位移测量的影响，从而实现超高层结构每个关键节点的平动位移的精确测量。
进一步地，参照图3，基于上述实施例，提供本申请的第二实施例，在本实施例中，所述视觉测量数据包括视觉相机采集的每帧光束图像及其关联的光束的振动位移，所述步骤S20还包括以下步骤：
步骤A10，根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离，以及当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角；
需要说明的是，在执行上述计算过程前，测量人员将每个激光灯分别固定于一个固定装置上形成多个激光投影系统，并将每个激光投影系统分别粘接于超高层结构的不同位移关键节点上，再将投影装置固定于超高层结构底部的地面不动点处，同时控制该投影装置的投影平面平行于结构的振动平面或者振动方向，然后将视觉相机固定于超高层结构底部的地面不动点处，并控制该视觉相机的主光轴与投影平面法线的夹角为0度。
可以理解的是，所述当前帧光束图像中的光束和下一帧光束图像中的光束来自同一个激光灯，且该激光灯与超高层结构的其中一个节点关联。
具体地，所述激光测量数据包括第一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的第一夹角，所述步骤A10的步骤还包括步骤A11-A13：
步骤A11，根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸，以及下一帧光束图像中光束半径的目标尺寸；
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据视觉相机的相关参数和激光测量数据中视觉相机与投影平面之间的测量距离，计算比例因子系数，再根据视觉测量数据中的像素距离和比例因子系数，计算光束半径的尺寸。
步骤A12，在根据第一夹角计算得到当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的当前夹角后，根据当前夹角、实际尺寸/>和目标尺寸/>，计算下一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的目标夹角/>：
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据当前夹角、实际尺寸/>、目标尺寸/>和公式：
计算得到目标夹角。
步骤A13，根据当前夹角和目标夹角/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角/>：
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据第一夹角按照上述公式迭代计算当前夹角。
例如，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据第一夹角计算第二帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的第二夹角，再根据第二夹角计算第三帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的第三夹角。
步骤A20，根据所述光束的振动位移，计算振动时程信号；
具体地，参照图4，所述基于角度效应解耦的位移测量装置将第一帧光束图像作为追踪模板，并将其余帧光束图像作为原图像/>，再根据追踪模板/>的尺寸/>和/>，以及原图像/>的尺寸/>和/>，分别对追踪模板/>和原图像/>进行归一化处理，得到模板图像/>和振动图像/>：
所述基于角度效应解耦的位移测量装置将模板图像在振动图像/>上进行滑动，且每次移动一个像素位置后计算该位置的映射值，最终计算得到相似性矩阵/>：
所述基于角度效应解耦的位移测量装置将坐标分解为/>，以及，并确定以整数部分/>对应的坐标/>为中心的16个相邻像素 ，/>，再根据待定系数/>和相邻像素/>对映射矩阵/>进行矩阵重构处理，得重构后的矩阵/>：
所述基于角度效应解耦的位移测量装置将矩阵中最大值的位置作为匹配结果，并输出匹配结果的位置索引作为振动位置追踪结果，再根据第/>帧（/>小于图像帧数）图像输出振动位置追踪结果的宽度位置以及高度位置，计算结构的振动时程信号：
步骤A30，根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移和纵向位移。
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移和纵向位移：
在本实施例中，与相关技术中基于激光投影技术的视觉位移测量方法，在实际应用中经常存在转角效应：结构表面除了存在平动位移之外，还存在转角，由于激光灯的投射距离远，即使是微小的转角也会被投射距离放大，产生较大的位移变化，使得测量得到的振动位移为耦合了角度效应所引起的位移以及真实的平动位移，最终导致测量得到的位移误差较大相比，在本实施例中，根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离，以及当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角；根据所述光束的振动位移，计算振动时程信号；根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移和纵向位移。即在本实施例中，根据获取到的数据计算激光灯与投影平面之间的实际距离、超高层结构的节点的转角和振动时程信号，并进一步根据上述计算过程的计算结果，计算超高层结构的节点的横向位移和纵向位移，以消除“激光-视觉”技术中存在的转角耦合效应对位移测量的影响，从而实现超高层结构每个关键节点的平动位移的精确测量。
进一步地，参照图5，基于上述实施例，提供本申请的第三实施例，在本实施例中，所述基于角度效应解耦的位移测量方法还包括以下步骤：
步骤B10，根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸；
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据视觉相机的相关参数和激光测量数据中视觉相机与投影平面之间的测量距离，计算比例因子系数，再根据视觉测量数据中的像素距离和比例因子系数，计算光束半径的实际尺寸。
步骤B20，根据所述实际尺寸、所述当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的夹角/>，以及光束投影参数/>和/>，计算当前帧光束图像关联的所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离：
具体地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置根据实际尺寸、夹角/>、光束投影参数/>和/>以及公式：
计算当前帧光束图像关联的所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离：
在本实施例中，与相关技术中基于激光投影技术的视觉位移测量方法，由于激光灯的投射距离远，通过激光测距仪测量得到的激光灯与投影平面之间的距离误差较大相比，在本实施例中，根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸；根据所述实际尺寸、所述当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的夹角/>，以及光束投影参数/>和/>，计算当前帧光束图像关联的所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离：。即在本实施例中，根据获取到的数据计算激光灯与投影平面之间的实际距离，以消除“激光-视觉”技术中存在的远距离误差的影响，从而实现激光灯与投影平面之间的实际距离的精确测量。
此外，本申请实施例还提出一种基于角度效应解耦的位移测量装置，参照图6，所述基于角度效应解耦的位移测量装置包括：
获取模块10，用于从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；
计算模块20，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。
可选地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置，还包括：
第一尺寸计算模块，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述第一测量距离和所述第一像素距离，计算视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的第一尺寸；
第二尺寸计算模块，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述第二测量距离和所述第二像素距离，计算视觉相机在第二测量距离处采集的光束半径的第二尺寸；
参数计算模块，用于根据所述第一测量距离、所述第一尺寸/>、所述第二测量距离/>以及所述第二尺寸/>，计算光束投影参数/>和/>：
可选地，所述第一尺寸计算模块，还包括：
系数计算单元，用于根据焦距、像元大小/>和所述第一测量距离/>，计算第一比例因子系数/>：
第一尺寸计算单元，用于根据所述第一像素距离和所述第一比例因子系数，计算第一尺寸/>：
可选地，所述基于角度效应解耦的位移测量装置，还包括：
转角计算模块，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离，以及当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角；
时程信号计算模块，用于根据所述光束的振动位移，计算振动时程信号；
位移计算模块，用于根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移和纵向位移。
可选地，所述转角计算模块，还包括：
实际尺寸计算单元，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸；
实际距离计算单元，用于根据所述实际尺寸、所述当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的夹角/>，以及光束投影参数/>和/>，计算当前帧光束图像关联的所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离：
可选地，所述转角计算模块，还包括：
目标尺寸计算单元，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸，以及下一帧光束图像中光束半径的目标尺寸；
目标夹角计算单元，用于在根据第一夹角计算得到当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的当前夹角后，根据当前夹角、实际尺寸/>和目标尺寸/>，计算下一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的目标夹角/>：
/>
转角计算单元，用于根据当前夹角和目标夹角/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角/>：
可选地，所述位移计算模块，还包括：
位移计算单元，用于根据所述实际距离、所述转角/>和所述振动时程信号/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移：
在本实施例中，与相关技术中基于激光投影技术的视觉位移测量方法，在实际应用中经常存在转角效应：结构表面除了存在平动位移之外，还存在转角，由于激光灯的投射距离远，即使是微小的转角也会被投射距离放大，产生较大的位移变化，使得测量得到的振动位移为耦合了角度效应所引起的位移以及真实的平动位移，最终导致测量得到的位移误差较大相比，在本实施例中，从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算光束投影参数，和/或者计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点的转角和位移。即在本实施例中，从视觉相机和激光测距仪中获取测量数据和相关参数，并根据获取到的测量数据和相关参数计算光束投影参数，和/或者超高层结构的节点的转角和位移，以消除“激光-视觉”技术中存在的转角耦合效应对位移测量的影响，从而实现超高层结构每个关键节点的平动位移的精确测量。
本申请基于角度效应解耦的位移测量装置的具体实施方式与上述基于角度效应解耦的位移测量方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
参照图7，图7为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的基于角度效应解耦的位移测量设备结构示意图。
如图7所示，该基于角度效应解耦的位移测量设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器（Central Processing Unit，CPU），通信总线1002，用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如无线保真（WIreless-FIdelity，WI-FI）接口）。存储器1005可以是高速的随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM）存储器，也可以是稳定的非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构并不构成对基于角度效应解耦的位移测量设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图7所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于角度效应解耦的位移测量程序。
其中，操作系统是管理和控制基于角度效应解耦的位移测量设备与软件资源的程序，支持网络通信模块、用户接口模块、基于角度效应解耦的位移测量程序以及其他程序或软件的运行，网络通信模块用于管理和控制网络接口1002；用户接口模块用于管理和控制用户接口1003。
在图7所示的基于角度效应解耦的位移测量设备中，所述基于角度效应解耦的位移测量设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的基于角度效应解耦的位移测量程序，实现上述任一项所述的基于角度效应解耦的位移测量方法的步骤。
本申请基于角度效应解耦的位移测量设备具体实施方式与上述基于角度效应解耦的位移测量方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，本申请实施例提供了一种存储介质，且所述存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述一个或者一个以上程序还可被一个或者一个以上的处理器执行以用于实现上述任一项所述的基于角度效应解耦的位移测量方法的步骤。
本申请存储介质具体实施方式与上述基于角度效应解耦的位移测量方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、 方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述 实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通 过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体 现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光 盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于角度效应解耦的位移测量方法，其特征在于，所述基于角度效应解耦的位移测量方法包括以下步骤：
从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；其中，所述相关参数包括视觉相机的焦距和像元大小，所述视觉测量数据包括视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的两端点之间的第一像素距离，视觉相机在第二测量距离处采集的第二像素距离，以及视觉相机采集的每帧光束图像及其关联的光束的振动位移，所述激光测量数据包括视觉相机与投影平面之间的第一测量距离和第二测量距离；
根据焦距、像元大小/>和所述第一测量距离/>，计算第一比例因子系数/>：
根据所述第一像素距离和所述第一比例因子系数/>，计算第一尺寸/>：
根据所述视觉相机的相关参数、所述第二测量距离和所述第二像素距离，计算视觉相机在第二测量距离处采集的光束半径的第二尺寸；
根据所述第一测量距离、所述第一尺寸/>、所述第二测量距离/>以及所述第二尺寸，计算光束投影参数/>和/>：
根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离，以及当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角；
根据所述光束的振动位移，计算振动时程信号；
根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移和纵向位移。
2.如权利要求1所述的基于角度效应解耦的位移测量方法，其特征在于，所述根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离的步骤，包括：
根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸；
根据所述实际尺寸、所述当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的夹角/>，以及光束投影参数/>和/>，计算当前帧光束图像关联的所述超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离：
3.如权利要求1所述的基于角度效应解耦的位移测量方法，其特征在于，所述激光测量数据包括第一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的第一夹角，所述根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算所述超高层结构的节点的转角的步骤，包括：
根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算当前帧光束图像中光束半径的实际尺寸，以及下一帧光束图像中光束半径的目标尺寸；
在根据第一夹角计算得到当前帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的当前夹角后，根据当前夹角、实际尺寸/>和目标尺寸/>，计算下一帧光束图像关联的激光灯所在平面与投影平面之间的目标夹角/>：
根据当前夹角和目标夹角/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角/>：
4.如权利要求1所述的基于角度效应解耦的位移测量方法，其特征在于，所述根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算所述超高层结构的节点的横向位移的步骤，包括：
根据所述实际距离、所述转角/>和所述振动时程信号/>，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移：
5.一种基于角度效应解耦的位移测量装置，其特征在于，所述基于角度效应解耦的位移测量装置包括：
获取模块，用于从视觉相机中获取视觉相机的相关参数和视觉测量数据，并从激光测距仪中获取激光测量数据；其中，所述相关参数包括视觉相机的焦距和像元大小，所述视觉测量数据包括视觉相机在第一测量距离处采集的光束半径的两端点之间的第一像素距离，视觉相机在第二测量距离处采集的第二像素距离，以及视觉相机采集的每帧光束图像及其关联的光束的振动位移，所述激光测量数据包括视觉相机与投影平面之间的第一测量距离和第二测量距离；
系数计算模块，用于根据焦距、像元大小/>和所述第一测量距离/>，计算第一比例因子系数/>：
第一尺寸计算模块，用于根据所述第一像素距离和所述第一比例因子系数/>，计算第一尺寸/>：
第二尺寸计算模块，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述第二测量距离和所述第二像素距离，计算视觉相机在第二测量距离处采集的光束半径的第二尺寸；
参数计算模块，用于根据所述第一测量距离、所述第一尺寸/>、所述第二测量距离以及所述第二尺寸/>，计算光束投影参数/>和/>：
转角计算模块，用于根据所述视觉相机的相关参数、所述视觉测量数据和所述激光测量数据，计算与所述视觉测量数据和所述激光测量数据关联的超高层结构的节点处的激光灯与投影平面之间的实际距离，以及当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的转角；
信号计算模块，用于根据所述光束的振动位移，计算振动时程信号；
位移计算模块，用于根据所述实际距离、所述转角和所述振动时程信号，计算当前帧光束图像和下一帧光束图像关联的所述超高层结构的节点的横向位移和纵向位移。
6.一种基于角度效应解耦的位移测量设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于角度效应解耦的位移测量程序，所述基于角度效应解耦的位移测量程序配置为实现如权利要求1至4中任一项所述的基于角度效应解耦的位移测量方法的步骤。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有基于角度效应解耦的位移测量程序，所述基于角度效应解耦的位移测量程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的基于角度效应解耦的位移测量方法的步骤。
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