[發(fā)明專利]圖像拼接技術(shù)在隧道圍巖變形非接觸測量中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110392822.5
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102620672A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳祖堂;朱寶良;楊德猛;賈明雁;鄒虹;黃曉飛;魯輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍63653部隊
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 烏魯木齊新科聯(lián)專利代理事務(wù)所(有限公司) 65107
• 代理人: 歐詠

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及基于近景數(shù)碼影像的隧道圍巖變形非接觸測量技術(shù)，尤其適用于隧道大尺寸斷面圍巖變形非接觸的測量。

背景技術(shù)

目前公知的基于近景數(shù)碼影像的隧道圍巖變形的非接觸測量是指利用近景攝影測量的基本原理，通過建立影像和所攝物體表面相應(yīng)點坐標的對應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系，實現(xiàn)空間測點在統(tǒng)一坐標系下的坐標測量，得出同期觀測的兩測點間的測線長度，根據(jù)不同觀測周期測線的長度變化，進而得到圍巖的位移信息，實現(xiàn)隧道圍巖變形的非接觸測量。通常情況下，近景攝影測量的精度取決于斷面尺度和相機有效像素，在不更換硬件時，由于斷面尺寸較大，若將斷面上所有測點囊括在數(shù)碼相機的攝像范圍內(nèi)，要求數(shù)碼相機遠離斷面，導(dǎo)致測量誤差的顯著增加；若將斷面上局部待測點囊括在數(shù)碼相機的攝像范圍內(nèi)，需要多次進行有重疊區(qū)域的交叉測量，增加了測量作業(yè)時間，易與施工形成干擾，與接觸式測量方法相比，不具有明顯的優(yōu)勢。

本發(fā)明基于圖像拼接技術(shù)的圍巖變形非接觸測量方法，克服現(xiàn)有攝影測量技術(shù)在隧道大尺寸斷面圍巖變形測量中存在的局限性，獲取的數(shù)據(jù)精準可靠，具有重要的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供了一種基于圖像拼接技術(shù)的圍巖變形非接觸測量方法，克服現(xiàn)有攝影測量技術(shù)在隧道大尺寸斷面圍巖變形測量中存在的局限性。

本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：第一步圖像獲取：包括圖像采集、圖像預(yù)處理；將采集的現(xiàn)場拍攝圖像，傳輸至計算機，利用編程對圖像進行灰度化，同時對對比度不強的圖像進行灰度線性變換增強對比度，然后采用中值濾波的方法進行圖像平滑抑制圖像噪聲；第二步相機標定：利用精密三維控制場提供的控制點對相機的畸變系數(shù)和內(nèi)方位元素進行標定，采用的方法是將相機畸變差引入直接線性變換的三維解析算法中去，求出相機的畸變系數(shù)，同時利用直接線性變換的11個系數(shù)求解相機的內(nèi)方位元素；第三步圖像拼接：通過拍攝監(jiān)測斷面重疊子圖像進行拼接，獲取監(jiān)測斷面全景圖；具體方法：采用Harris算法提取拼接圖像中的角特征點，利用相關(guān)算法進行特征點匹配，由隨機抽樣一致性算法過濾匹配點，去除誤匹配；經(jīng)圖像配準后，通過加權(quán)平滑算法進行圖像融合，實現(xiàn)重疊子圖像的無縫拼接；為提高圖像拼接精度，圖像中角特征點由圖像拼接標志點提供，圖像拼接標志點設(shè)計為對頂角標志；第四步三維解析：利用精密三維控制場提供的控制點，采用直接線性變換方法對現(xiàn)場布設(shè)待測點的三維坐標進行測量，得出同期觀測的待測點間的測線長度和不同觀測待測點間測線的長度變化，進而得到圍巖的位移信息。

本發(fā)明構(gòu)思在大尺寸斷面圍巖上合理布設(shè)待測點和圖像拼接標志點，當(dāng)現(xiàn)場光線黯淡或者粉塵較多時，可采用高強度的照明設(shè)備或者使用紅外攝像方式，保證近距離獲取測量斷面上待測點和圖像拼接標志點的清晰圖像；根據(jù)圖像拼接標志點，利用圖像拼接技術(shù)將重疊的子畫面進行配準并形成全景圖；經(jīng)過圖像處理精確提取全景圖上所有待測點的像方坐標，再利用近景攝影測量原理計算出待測點的空間三維坐標，得出同期觀測的兩測點間的測線長度，并根據(jù)不同觀測周期測線的長度變化，得到圍巖的位移信息，實現(xiàn)隧道大尺寸斷面圍巖變形的非接觸測量。

本發(fā)明的有益效果：實現(xiàn)隧道大尺寸斷面圍巖變形的非接觸測量，減少與施工作業(yè)的相互干擾，提高隧道監(jiān)控測量的速度，及時提供圍巖變形信息，降低硬件系統(tǒng)成本，提高效率和安全性，彰顯技術(shù)進步。

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附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。

附圖1?為系統(tǒng)操作流程示意圖；

如圖1所示：圖像獲取部分包括圖像采集、圖像預(yù)處理；相機標定部分是利用精密三維控制場提供的控制點對相機的畸變系數(shù)和內(nèi)方位元素進行標定；圖像拼接部分是通過拍攝監(jiān)測斷面重疊子圖像進行拼接，獲取監(jiān)測斷面全景圖；三維解析部分是利用精密三維控制場提供的控制點，采用直接線性變換方法對現(xiàn)場布設(shè)待測點的三維坐標進行測量，得出同期觀測的待測點間的測線長度和不同觀測待測點間測線的長度變化，進而得到圍巖的位移信息。

附圖2為?測點的設(shè)備安裝示意圖；

圖2中：1～6-待測點、7、8-圖像拼接標志點、9、10-精密三維控制場、11-數(shù)碼相機、12-監(jiān)測斷面。

如圖2所示：（略，見實施例）

附圖3?為精密三維控制場構(gòu)件示意圖；

圖3中：13-標識球、14-距離微調(diào)機構(gòu)、15-標識桿、16-加強板、17-底座、18-定位連接桿、19-三腳架。