本发明涉及一种基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法。
背景技术：
建设行业是我国国民经济的重要物质生产部门和支柱产业之一,同时，建设业也是一个安全、质量事故多发的高危行业。近年来，随着工程建设的高速发展，大规模、快速度施工已经成了常态化趋势，全国建筑业伤亡事故、工程质量事故呈高发频发态势;监管部门由于配置执法监管人员有限，调度困难，加之建筑工地的分散性，极希望利用先进的信息化智能化科技手段，实时掌控现场的施工进度，远程监控现场的生产操作过程，并对施工工程进行视频图像保存，对建设项目实施监管，及时发现消除生产过程中的质量安全隐患，对隐蔽工程部位以视频图像方式进行历史量化追溯，实现事中、事后高效、科学的监督管理。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明的基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法，包括基于视频图像的目标物尺寸测量，包括如下步骤：
（1）双目摄像机包含一个广角摄像机和一个变焦摄像机，开启双目摄像机与激光测距传感器后，其中超广角摄像机会根据设定的角度拍摄一张施工现场的全景图片,或利用变焦摄像机截图后，采用图像拼接技术而生成一张施工现场的全景图片;
（2）变焦摄像机将焦距设置为某固定值（根据需要），按全景图拍摄面为边界，自动按从左到右，从上到下的顺序，逐行截取施工现场的细节图片，并根据算法使细节图片与全景图片建立对应关系；
（3）激光测距传感器会在每次截图完成后，记录当前图片的距离信息、角度信息，并传到服务端保存；
（4）用户点击全景图中某一部位，进入该部位对应的细节图；
（5）在细节图上，可以选中页面上的测量工具，在图片上选择测量起点和终点，对细节图上的物体进行尺寸测量；
（6）后台系统根据该部位的距离信息、角度信息、镜头信息、图片上选中的长度等信息，自动计算出测量两点尺寸结果。
针对现有技术存在问题，本发明提供一种基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法，进行建设工程进行远程视频监控，并自动对施工面进行拍照截图，用户可在图像上快速进行测量，得到任意目标物的准确尺寸，还可调阅任意施工部位的历史施工图片并进行测量，对隐蔽工程部位以视频图像方式进行历史量化追溯。本发明与传统人工测量方法相比，极大节约了人工的成本和时间开销，提高了建设项目的工程质量监督管理力度和服务水平，实现事中、事后高效、科学的监督管理，为实现建筑安全生产监管信息化提供了有力保障。本发明提供的利用双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法，免去用户到现场进行测量，可节约人工的成本和时间，而且快速准确，同时为隐蔽工程提供历史图像量化追溯。本发明适用于通过远程监控方式，对观测物体的尺寸（长、宽、高）进行测量的领域，特别适用于建设工程施工过程中，对工程的关键部位（如箍筋间距、板筋间距，模板支撑间距、直径、粒径、板厚、构件尺寸、轮廓、拼搭接长度、伸缩缝裂缝宽度、土石方回填高度、路面分层高度等）进行远程图片测量的场合。
附图说明
图1为本发明的测量算法原理图。
具体实施方式
以下对本发明的进一步说明,并不对本发明构成任何限制。
本发明的基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法，包括基于视频图像的目标物尺寸测量，包括如下步骤：
（1）双目摄像机包含一个广角摄像机和一个变焦摄像机，开启双目摄像机与激光测距传感器后，其中超广角摄像机会根据设定的角度拍摄一张施工现场的全景图图片（或利用变焦摄像机截图后，采用图像拼接技术而生成一张施工现场的全景图片）；
（2）变焦摄像机将焦距设置为某固定值（根据需要），按全景图拍摄面为边界，自动按从左到右，从上到下的顺序，逐行截取施工现场的细节图片，并根据算法使细节图片与全景图片建立对应关系；
（3）激光测距传感器会在每次截图完成后，记录当前图片的距离信息、角度信息，并传到服务端保存；
（4）用户点击全景图图片中某一部位，进入该部位对应的细节图；
（5）在细节图上，可以选中页面上的测量工具，在图片上选择测量起点和终点，对细节图上的物体进行尺寸测量；
（6）后台系统根据该部位的距离信息、角度信息、镜头信息、图片上选中的长度等信息，自动计算出测量两点尺寸结果。
本发明的基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法所使用激光测距传感器，用于测量当前图片与视频测量设备的距离。
本发明的基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法所使用视频测量设备安装有双轴倾角传感器，用于测量当前图片与视频测量设备之间的垂直面与水平面的倾角。
本发明的基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法所用视频图像测量算法基于摄像机成像原理，基于激光距离与图像像素距离计算成像平面上测量两点之间距离，再根据设备与水平面之间的倾角进行校正获得实际测量平面上两点之间的距离。
全景图图片与细节图之间的关联关系基于全景图图像中心坐标和视场角与细节图图像中心坐标与视场角之间的对应关系。
对于固定场景中特定目标物的的测量，无需超广角摄像机的广角图像信息，只需通过变焦摄像机获取场景中待测目标物图像并应于所述基于视频图像的目标物尺寸测量算法计算目标物尺寸。
优选的，所述超广角摄像机放置于普通变焦摄像头平行。
优选的，所述普通摄像机的像素达到300万。
优选的，所述激光传感器与双目摄像头平行。
进一步地，在全景图中点击任意一点，对应普通摄像机在4.7mm焦距（可设置）拍摄的一张图片，再点击该图片任意一点，对应普通摄像机在94mm焦距（可设置）拍摄的九张（或多张）图片。
本发明的测量算法
所述的基于双目摄像机与激光测距传感器的图片测量方法的测量算法为:根据普通摄像机成像原理，通过视频图像上的两像素点坐标，计算图像中两点间的真实距离：
xcmos：普通摄像机cmos的x方向物理尺寸，单位毫米,
ycmos：普通摄像机cmos的y方向物理尺寸，单位毫米,
xxs：视频图像x方向像素值,
yxs：视频图像y方向像素值,
f：摄像机焦距,
l：视频图像中心点距离测距仪的实际激光距离,
ava：设备俯仰角,
aha：设备水平角,
angleh：设备安装面与水平面的x方向的安装倾角,
anglev：设备安装面与水平面的y方向安装倾角,
算法描述：
计算中假定测量平面为摄像机水平安装面,
首先由透镜成像公式可知：
1/f=1/u+1/v。其中u为物距，v为像距,
所以图像的像距为：v=u*f/(f-u),
由cmos的物理尺寸和图像分辨率可知每个像素的物理尺寸为：
dx=xcmos/xxs;
dy=ycmos/yxs;
由此可根据物体图像像素长度da计算出物体像的大小db;而有透镜成像原理可知物距与像距之比与物、像大小成正比，由此可得在成像平面上物的尺寸dc为：dc=db*l/f;
由于成像平面与水平安装平面间有ava的一个夹角，因此需要将成像平面坐标投影到水平安装平面上;
设a1=arctan（dc/l），所以根据几何关系在水平计算平面上物的尺寸dd为：
dd=l/sin(ava-a1)*sin(a1);
由于安装平面与实际水平面间存在着一定的倾斜，其与x轴和y轴的夹角分别为angleh，anglev;
需要先将计算平面内目标物两端端点a、b点坐标根据其长度dd及与图像中心位置关系求出端点坐标值，然后再讲计算坐标系分布在x轴和y轴方向旋转相应的倾角，（假定旋转函数为rot），则有：
首先绕转轴z（0,0,1）旋转aha角,
rot(z,aha,a,a1),
rot(z,aha,b,b1),
然后a1、b1进行倾角修正，同样先绕转轴x（1,0,0）旋转anglev,
rot(z,anglev,a1,a2),
rot(z,anglev,b1,b2),
然后a2，b2绕转轴z（0,0,1）旋转angleh,
rot(z,anglev,a2,a3),
rot(z,anglev,b2,b3),
所以实际计算平面内a、b两点之间的距离为:
a3（ax3，ay3，az3）与b3（bx3，by3，bz3）之间的距离
用户根据所要拍摄的范围设置云台转动的起始水平角度，起始垂直角度，结束水平角度，结束垂直角度;
开启全景扫描后设备记录本轮扫描的轮数信息，云台转动到设置角度的中心位置，超广角摄像机以固定焦距1.68mm（可设置）焦距段拍摄全景图片;
全景图片拍摄完毕后云台转动到起始水平和起始垂直位置，普通摄像机以如4.7mm焦距段（可设置）开始进行广角图片拍摄，广角图片截取过程是以水平间隔角度15度（可配置），垂直间隔15度（可配置）进行逐行扫描，每到一点普通摄像机拍摄广角图片，同时设备使用激光测距功能记录当前位置的距离信息，并将轮数，行列，角度，距离信息发送到服务端保存;
广角图片扫描结束后，云台转动到起始水平和起始垂直位置，普通摄像机以94mm焦距段（可设置）开始进行长焦细节图片拍摄，广角图片截取过程是以水平间隔角度3度（可配置），垂直间隔3度（可配置）进行逐行扫描，每到一点普通摄像机拍摄长焦图片，同时设备使用激光测距功能记录当前位置的距离信息，并将轮数，行列，角度，距离信息发送到服务端保存;
截图完成后用户可以进入网站到当前的摄像机查看页面查看到截取的全景图;
点击全景图中所要测量的位置会根据轮数，行列信息查找到所选部位广角图片;
在广角图片上点击要测量的部位，会根据轮数，行列信息列出所选部位附近的9张或多张长焦细节图片;
选择细节图，然后选中页面上的测量工具在图片上选择测量起点和终点对细节图上的物体进行测量;页面根据距离信息和图片上选中的长度等信息自动计算出物体长度并将结果显示在页面中。
根据上述的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限与上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明中使用了一些特定的术语，但这些术语只能为了方便说明。