(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210749770.0 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 中交第二 航务工程局有限公司 地址 430048 湖北省武汉市东西湖区金银 湖路11号 申请人 中交公路长大桥建 设国家工程研究 中心有限公司 (72)发明人 张永涛　田唯　黄灿　朱浩　 郑建新　王永威　陈圆　薛现凯　 刘志昂　李焜耀　肖垚　杨华东　 (74)专利代理 机构 北京远大卓悦知识产权代理 有限公司 1 1369 专利代理师 熊雨静 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01)G06T 7/80(2017.01) (54)发明名称 一种基于双目视觉的塔柱吊装相对姿态测 量方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于双目视觉的塔柱吊 装相对姿态测量方法， 包括以下步骤： 步骤S1、 双 目视觉测量 设备的集成； 步骤S2、 标定相机A和相 机B， 计算得到相机A和相机B的内参和外参； 步骤 S3、 视觉测量 设备的布设； 步骤S4、 标靶的选型与 布设； 步骤S5、 标靶像素坐标获取； 步骤S6、 标靶 标志点的像素坐标转换为三维空间坐标； 步骤 S7、 桥塔节段的拼装； 本发明对桥塔节段进行吊 装拼接时， 通过高精度工业相机实现对桥塔节段 实时姿态测量， 取代了高空监控人员， 降低了施 工人员高空作业的风险性， 节约了人工成本 。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115082557 A 2022.09.20 CN 115082557 A 1.一种基于双目视 觉的塔柱吊装相对姿态测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1、 双目视 觉测量设备的集成； 相机A、 相机B、 标靶A、 标靶B、 无线发射器、 无线接收器、 数据处理分析模块和姿态显示 系统集成为视 觉测量设备； 步骤S2、 标定相机A和相机B， 计算得到相机A和相机B的内参和外参； 步骤S3、 视 觉测量设备的布设； 将相机A、 相机B、 无线发射器安装在施工作业平台上， 无线接收器、 数据处理分析模块 和姿态显示系统安装在塔吊操作室内， 相机A、 相机B、 无线发射器、 无线接收器、 数据处理分 析模块和姿态显示系统之间相互进行 数据传输； 步骤S4、 标靶的选型与布设； 将标靶A安装在待拼装桥塔节段上， 标靶B安装在已安装桥塔节段上， 并分别建立标靶A 和标靶B的标志点； 步骤S5、 标靶像素坐标获取； 相机A和相机B分别获取待拼装桥塔节段和已安装桥塔节段的图像后， 计算得到相机A 和相机B分别获取的标靶A和标靶B的标志点的像素坐标； 步骤S6、 标靶标志点的像素坐标转换为 三维空间坐标； 基于相机A和相机B的内参和外参， 将标靶A和标靶B的标志点的像素坐标转换为三维空 间坐标， 并传送至无线发射器和数据处 理分析模块； 步骤S7、 桥塔节段的拼装； 无线接收器接收标靶A和标靶B的三维空间坐标， 在姿态显示系统上展示， 同时， 数据处 理分析模块实时计算标靶A和标靶B相对空间坐标的差值， 在姿态显示系统上显示， 塔吊操 作员以姿态显示系统上 的标靶B的三维空间坐标为基准， 参考数据 处理分析模块计算的空 间坐标差值， 对安装有标靶A的待拼装桥塔节段的位置进行调整， 实现对桥塔节段的拼装。 2.根据权利要求1所述的基于双目视 觉的塔柱吊装相对姿态测量方法， 其特 征在于， 所述步骤S2， 具体包括以下步骤： S21、 调整相机A和相机B的角度， 任一相机通过标定板从不同角度获取数量大于3的标 定板图像； S22、 根据获取的标定板图像， 基于张正友标定法， 分别计算相机A和相机B的内参和外 参， 相机A的内参 为MA1、 外参为MA2， 相机B的内参 为MB1、 外参为MB2。 3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的塔柱吊装相对姿态测量方法， 其特征在于， 所 述步骤S3， 还 包括以下步骤； S31、 所述施工作业平台和待拼装桥塔节段竖向同轴， 且所述施工作业平台安装在已安 装桥塔节段 上， 相机A和相机B安装在所述施工作业平台的任意 一边； 其中， 相机A的光轴和相机B的光轴相对平行， 且均垂直于已安装桥塔节段表面， 相机A 和相机B的光轴构成的平面与已安装桥塔节段的顶面平行。 4.根据权利要求2所述的基于双目视 觉的塔柱吊装相对姿态测量方法， 其特 征在于， 所述步骤S4， 还 包括以下步骤： S41、 标靶B位于标靶A的正下方， 且标靶A和标靶B均设有3个区域， 分别为A1、 B1、 C1， 任一 区域内设有5个标志点， 分别为A、 B、 C、 D、 E， 其分别为十字型的4个端点和中心点A， 相邻的两权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115082557 A 2个区域的中心点间的间距为待拼装桥塔节段宽度的十分之一； S42、 测量标靶A的其中一个区域的中心点和标靶B对应区域的中心点在Z向的间距为ZE。 5.根据权利要求 4所述的基于双目视 觉的塔柱吊装相对姿态测量方法， 其特 征在于， 所述步骤S5， 还 包括以下步骤： S51、 相机A获取标靶A中区域A1的五个标志点的像素坐标分别为(U1‑11， V1‑11)、 (U1‑12， V1‑12)、 (U1‑13， V1‑13)、 (U1‑14， V1‑14)、 (U1‑15， V1‑15)， 根据五个标志点的像素坐标计 算区域A1中心 点的平均像素坐标(U1‑A1， V1‑A1)； 其中， 依次计算区域B1和C1的中心点的平均像素坐 标分别为(U1‑A2， V1‑A2)和(U1‑A3， V1‑A3)； S52、 根据上述步骤， 计算相机B获取的标靶A中三个区域中心点的平均像素坐标为 (U1‑B1， VB1)、 (UB2， VB2)、 (UB3， VB3)， 相机A获取标靶B的三个区域中心点的平均像素坐标为 (U2‑A1， V2‑A1)、 (U2‑A2， V2‑A2)、 (U2‑A3， V2‑A3)， 相机B获取标靶B的三个区域 中心点的平均像素坐 标为(U2‑B1， V2‑B1)、 (U2‑B2， V2‑B2)、 (U2‑B3， V2‑B3)。 6.根据权利要求5所述的基于双目视 觉的塔柱吊装相对姿态测量方法， 其特 征在于， 所述步骤S6， 具体包括以下步骤： S61、 基于摄影测量原理， 根据 步骤S2中标定的相机A和相机B的内参和外参以及步骤S5 中相机A和相机B分别获取的标靶A和标靶B中三个区域中心 点的平均像素坐标， 建立像素坐 标和三维空间坐标的映射关系， 计算得到标靶A中三个中心点的三维空间坐标分别为(X11， Y11， Z11)、 (X12， Y12， Z12)、 (X13， Y13， Z13)， 同理， 计算标靶B中三个中心点的三维空间坐标分别 为(X21， Y21， Z21)、 (X22， Y22， Z12)、 (X23， Y23， Z23)； S62、 根据 标靶A的三个中心点的平均像素坐标， 计算标靶A中三个 中心点的三维空间坐 标的平均值 为(X1o， Y1o， Z1o)； 其中， 同理， 计算得出标靶B中三个 中心点的三维空间坐标的平均值 为(X2o， Y2o， Z2o)。 7.根据权利要6所述的基于双目视 觉的塔柱吊装相对姿态测量方法， 其特 征在于， 所述步骤S7， 具体包括以下步骤： S71、 根据数据处理分析模块实时计算的标靶A和标靶B的三维空间坐标的差值， 对待拼 装桥的空间位置塔进行如下调整； S72、 对待拼装桥塔节段在X轴方向的平移进行调整， 调整大小Xw＝X1o‑X2o， 当Xw为负值 时， 沿X轴正方向移动待拼装桥塔节段， 当Xw为正值时， 反之； 对待拼装桥塔节段在Y轴方向 的平移进行调整， 调整大小Yw＝Y1o‑Y2o， 当Yw为负值时， 沿Y轴正方 向移动待拼装桥梁节段， 当Yw为正值时， 反之； 对待拼装桥塔节段在Z轴方 向的平移进行调整， 调整大小Zw＝Z1o‑Z2o， 当Zw＝ZE， 调整完成； S73、 获取待拼装桥塔节段在标靶A处的法向量N1(X， Y， Z)， 根据 法向量与平面内任意向 量相互垂直的定理， 得N1·(X11‑X12， Y11‑Y12， Z11‑Z12)＝0， N1·(X11‑X13， Y11‑Y13， Z11‑Z13)＝0， 取X＝1， 求解出法向量N1(X， Y， Z)， 同理， 计算得出已安装桥塔节段在标靶B处的法向量N2 (X′， Y′， Z′)； S74、 首先， 对待拼装桥塔节段在X轴方向的旋转进行调整， 调整角度θ＝arcsin((Y ‑ Y′)/(Z‑Z′))， 当θ为负值时， 沿X轴逆时针调整待拼装桥塔节段， 反之， 沿X轴顺时针调整待权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115082557 A 3