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的一部分实施例，而不是全部实施例。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，都应属于本发明保护的范围。

本发明针对各类工程测试中时频测量应用的需求，综合考虑模型尺寸、实验环境、监测任务等因素，搭建合适的视频测量网络。在视频测量网络布设方案中，主要包括人工标志制作、高速相机布设和控制网布设三部分内容。

本发明的具体过程如下：

步骤一：人工标志制作

近景摄影测量不同于航空或航天摄影测量，几乎无法在影像中直接选取精确的特征点，即使有特别明显的特征点，也不会被选用为目标观测点，因为影像特征点不利于目标的精确跟踪。针对这一问题，引入人工标志作为目标观测点则可以有效地提高测量精度和目标跟踪速度。

(1)圆形人工标志

在土木工程实验中，经常会使用人工标志贴附在被测物的表面。在众多的人工标志中，圆形标志在目标跟踪和监测中具有良好的鲁棒性，继而成为最常用的人工标志。在高速视频测量实验中，人工标志分为目标点标志和控制点标志。如图2所示，目标点标志由白色圆和黑色边界所组成，控制点标志在目标点标志的基础上增加十字丝与内圆设计，这样便于反射片的粘贴。为了确保目标的识别精度，人工标志的尺寸将由视场范围和相机影像分辨率所决定。

尽管圆形标志常用于近景摄影测量中，但它们并不是严格且精确的点位识别方案。如果圆形目标使用不当，会在一定程度上影响实验结果。已有研究成果表明，当倾斜于目标表面的方向观察圆形标志时，其透视投影将始终是一个椭圆形。由于偏心误差，影像中的椭圆中心(e)将不是实际场景中的圆形中心(e')。因此，圆形目标可能会造成较低精度的同名匹配，这将对相机的外方位参数估计产生不利影响。通过透视投影几何结构来推导圆形目标在物方空间中的偏心误差模型，并分析其在实际工程实验中的影响程度。如图3所示，实际圆中心与椭圆拟合中心之间的偏心误差(dl)可以通过解析公式来表示。

在图3中，物方空间中的实际偏心误差(dl)可由下式计算：

dl＝l_BE'-l_BE＝r-l_BE (1)

在公式(1)中，r是实际的圆半径，l_BE'表示端点B和E'之间的线段长度，l_BE表示端点B和E之间的线段长度。

同时，根据角度变换可以获知：

在公式(2)中，∠ACB表示线段CA和线段CB之间的角度，∠BAC表示线段AB与线段AC之间的角度，l_AB表示端点A和B之间的线段长度，l_BC表示端点B和C的线段长度。

根据正弦定律，可以得到：

基于公式(2)和公式(3)，可以获得

进而可以计算出：

从图中易知：

在公式(6)中，l_CO表示端点C和O之间的线段长度，H表示相机与目标之间的距离。

因此，可以获得：

在公式(7)中，相机与目标之间的距离(H)远大于目标的实际半径(r)。因此，圆偏心误差(dl)将是一个很小的数值。在点位精确定位中，许多其他类型的人工目标可以被使用，然而只有圆形标志才能在大倾斜角度下被识别出来。

(2)数字散斑标志

在散斑全场形变监测实验中，如图4(a)和(b)所示，在被测表面上喷涂散斑影像可以提供足够的灰度纹理变化，进而提供可靠和精确的目标点位信息。首先，试样块的观测表面应尽可能打磨至平整；然后，将白色哑光漆涂抹在材料表面并进行风干；最后，将黑色哑光漆或黑色墨水随机且均匀地喷涂在白色表面上，以此来产生散斑影像。其中，哑光漆的特性可以避免光反射所带来的影像质量问题，并增加了影像纹理信息。在后续的全场形变测量实验中，黑白散斑影像可以提高影像对比度来增强散斑目标点位的识别精度与影像间的匹配精度。

当目标试样的测量区域较大时，将难以使用传统的散斑喷涂方法。如图5(a)和(b)所示，本发明设计了一个散斑模具以快速地生成合适的散斑影像。在该模具中，均匀地分布着随机生成的椭圆孔洞。

在制造该款散斑模具之前，需要设计散斑孔洞的尺寸。一般来讲，椭圆散斑的长轴半径在影像空间中应占5～10像素，因而实际的椭圆散斑半径可根据公式(8)来计算。

在公式(8)中，R为待求的实际散斑半径，r为散斑半径在影像中所占像素数，w与h为影像尺寸(像素)，l为所测量视场的对角线长度。

步骤二：高速相机布设

整个光学测量系统由若干组测量单元组成(每组包含2台相机)，根据被测件的大小和光学测量视场范围确定测量单元的数量和测量点位的布置。每个测量单元可独立工作，也可通过主站的中心控制台组成系统工作。

在土木工程实验中，高速相机常常使用交向摄影方式以增加影像重叠区域，如图6(a)所示。为了保证测量精度，交向角一般设为90°左右。在实验实施之前，通过透镜成像公式可大致推算出相机的布设位置，此后根据目标实际场景，调整相机角度直至所拍影像包含整个模型即可。

在实验方案设计阶段，需要确定相机到模型的距离。由于高速相机使用的是定焦镜头，因此大致的焦距是事先已知的。根据高速相机参数和模型尺寸便可解算出相机到模型的大致距离，即可推导出物距与像距的比例关系式，再通过成像公式便可计算出物距。

为了便于理解高速相机的布设方案，假若一个高为4.9m的冷却塔结构，与振动台接触的底面圆直径约3.6m，且振动台台面边长为4m。根据模型结构的大小以及模型周围的空间环境(有无遮挡情况)，采用6台高速相机环绕模型布置，并确定相机的摆放位置和交向角。

步骤三:控制网布设

在高速视频测量实验中，需要在被测物的周围设立控制点来建立一个局部空间坐标系，其主要目的是建立摄影测量中的物方坐标系，进而解算目标点在该坐标系下的空间坐标。控制网的布设不但规定了目标点位移的三个方向(X,Y,Z)，而且引入了尺度参数。控制点的布设要满足以下三个基本条件：

1)控制点要在每对联测相机的公共视野中出现；

2)控制点的数量要足够的多，而且在每台相机的影像中均匀分布；

3)控制点的布设要预测物体运动轨迹，不可遮挡后方的目标点。

在确定相机的摆放位置和交向角后，需计算出相机视场的重合区域。根据上述布设条件，可在重合区域均匀布置一定数量的控制点。以冷却塔高速视频测量为例，实验的三维控制场搭建过程中，各控制点均匀地布设在被测物所在的三维空间内且在三个坐标方向上有足够的延伸。在实验前，这些控制点的精确三维空间坐标将由高精度全站仪测量提供。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。