[發(fā)明專利]一種基于平行攝影的勘探洞地質(zhì)編錄底圖生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610053028.0
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105716583B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李浩;毛羽豐;楊彪;吳銘飛;蘇博
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C11/08;G06T5/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 許方

1.一種基于平行攝影的勘探洞地質(zhì)編錄底圖生成方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟1、平行攝影得到影像序列：采用基于活動控制架的控制方式和攝影主光軸平行于洞軸線的攝影方式，沿勘探洞中軸線每隔一定的距離正對著活動控制架方向拍攝影像序列；

步驟2、影像預(yù)處理：包括影像畸變差校正和影像的單像空間后方交會計算，從而獲得已知內(nèi)、外方位元素的構(gòu)像質(zhì)量良好的勘探洞影像數(shù)據(jù)；

步驟3、影像投影糾正：將消除構(gòu)像畸變差影響的勘探洞原始影像投影到物方，形成物方目標影像，并按照要求展開為平面，得到勘探洞單張展示影像；其中，所述的物方抽象為目標柱面；

步驟4、展示影像生成：將某一段勘探洞內(nèi)各單張展示影像拼接起來而生成影像地質(zhì)編錄底圖；

所述步驟1中的基于活動控制架的控制方式和攝影主光軸平行于洞軸線的攝影方式是指：

將所述的活動控制架設(shè)置在勘探洞軸線上，并使其橫軸與洞軸線垂直；記錄活動控制架基點在勘探洞工程坐標系中的坐標：Y為0、Z是地面至活動控制架基點的距離、X根據(jù)樁號來確定；由于活動控制架主桿、橫向標桿及活動控制架基點的相對位置固定，通過活動控制架基點的坐標和活動控制架六個控制點與基點間的參數(shù)值，計算得到每個控制點在勘探洞工程坐標系中的坐標，控制點與基點之間的位置參數(shù)通過高精度測量進行測定；作業(yè)員手持數(shù)碼相機，從起點樁號開始，沿勘探洞中軸線每隔一定距離正對著活動控制架方向拍攝影像，每張影像內(nèi)均包含勘探洞的左右壁和頂板的局部區(qū)域以及正前方活動控制架上的六個控制點；所述的一定的距離并不固定，前提是保證前后相鄰影像的洞壁頂板部分有重疊區(qū)域；一個活動控制架設(shè)置站為覆蓋一段勘探洞的若干張影像所共用；然后，沿勘探洞前進并重新設(shè)置活動控制架，并重復(fù)上述拍攝步驟；在所述的重復(fù)拍攝中，始終要保證前后相鄰影像的洞壁頂板部分有重疊區(qū)域；

所述步驟2中(2-1)所述的影像畸變校正，是指：采用顧及徑、切向變形的畸變校正模型，對原始影像進行畸變差改正，其模型公式為：

Δx=(x-x0)(k1r2+k2r4+k3r6)+p1(r2+2(x-x0)2)+2p2(x-x0)(y-y0)Δy=(y-y0)(k1r2+k2r4+k3r6)+p2(r2+2(y-y0)2)+2p1(x-x0)(y-y0)---(1)]]>

式中，Δx、Δy為像點坐標x、y的構(gòu)像畸變差改正值；x₀、y₀為相機內(nèi)方位元素；r為像點的向徑，即k₁、k₂、k₃、p₁、p₂為畸變差校正系數(shù)；

(2-2)所述的單像空間后方交會，是指：先利用角錐體法解算外方位線元素的近似值，并據(jù)此估計出外方位角元素的初始值，然后再利用共線方程解法整體平差，解算出像片外方位元素精確值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平行攝影的勘探洞地質(zhì)編錄底圖生成方法，其特征在于：在所述步驟3中，所述的影像投影糾正，是指將消除構(gòu)像畸變差影響的勘探洞原始影像投影到物方，形成物方目標影像，并按照要求展開為平面，得到勘探洞單張展示影像；其具體過程包括：

(3-1)計算像點的像空間工程輔助坐標：

設(shè)勘探洞為矩形洞，洞寬W，洞高H，勘探洞柱面方程表示為下式(2)：

其中，X,Y,Z為勘探洞工程坐標；

根據(jù)攝影測量共線方程，由像平面坐標x、y解算出每個像元對應(yīng)的像空間輔助坐標系坐標從而得到像空間工程輔助坐標系坐標u、v、w：

u‾v‾w‾=Rx-x0y-y0f---(3)]]>

uvw=w‾-u‾v‾---(4)]]>

其中，旋轉(zhuǎn)矩陣R為把像空間坐標系轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，由像片外方位元素中的三個角元素確定，外方位元素由單像空間后方交會得到；x₀、y₀、f為已知的像片內(nèi)方位元素；

(3-2)計算投影系數(shù)及物方坐標：

設(shè)洞壁上一點A，在勘探洞工程坐標系中的坐標為(X_A,Y_A,Z_A)，其對應(yīng)的像點a的坐標為(x_a,y_a)，像空間工程輔助坐標為(u_a,v_a,w_a)；S為投影中心，在勘探洞工程坐標系中的坐標為(X_S,Y_S,Z_S)，由單像空間后方交會計算得到；投影光線SaA存在以下的關(guān)系：

XA-XSua=YA-YSva=ZA-ZSwa=λ---(5)]]>

由投影光線及勘探洞目標柱面方程計算出投影系數(shù)λ；首先根據(jù)影像的投影關(guān)系判別與投影光線相交的目標面，然后由式(2)與式(5)聯(lián)立解得像點的投影系數(shù)λ；最后按式(7)即可解出物點A在勘探洞工程坐標系下的物方坐標(X_A,Y_A,Z_A)：

XA=XS+λuaYA=YS+λvaZA=ZS+λwa---(7)]]>

(3-3)原始影像投影糾正：

建立勘探洞展示影像的坐標系O-CXCY，其中，CX軸與洞軸方向平行，CY軸指向勘探洞橫截面的展開方向；

根據(jù)勘探洞工程坐標A(X_A,Y_A,Z_A)，由式(8)得到A點在展示影像坐標系中的坐標CX_A、CY_A：

包括點A在內(nèi)，按式(3)、(4)、(7)、(8)的數(shù)學關(guān)系對原始影像逐像元地投影糾正至展示影像坐標平面，并經(jīng)重采樣后，即可取得新的單張展示影像；

在糾正制作展示影像時，對每張原始影像僅使用其構(gòu)像比例尺最大、細節(jié)展示最清晰的部分，即距離拍攝位置最近的一部分圖像，其具體過程是：先計算出原始影像上各像點對應(yīng)物點的勘探洞工程坐標(X,Y,Z)，找出X的最大值X_max；然后依據(jù)相鄰兩張影像的外方位元素X_S的差值推算出拍攝間距ΔX，得出X_max+ΔX，從而確定每張影像的物方糾正區(qū)域為從X_max到X_max+ΔX的一段勘探洞；

所述步驟4中的展示影像生成是指，將某一段勘探洞內(nèi)各單張展示影像拼接起來而生成影像地質(zhì)編錄底圖，具體過程為：

通過各影像的展示坐標(CX,CY)確定影像間的重疊區(qū)域，然后以重疊區(qū)域的中線作為拼接線，拼接線坐標CX_L，其計算公式為：

CX_L＝(CX_max+CX’_min)/2 (9)

其中，CX_max為拼接時左影像最右側(cè)邊緣像元在勘探洞展示影像坐標系O-CXCY中的坐標，CX’_min為右影像最左側(cè)邊緣像元在勘探洞展示影像坐標系O-CXCY中的坐標；

處理重疊區(qū)域時，割去左影像在拼接線右側(cè)CX≥CX_L的部分，同時割去右影像在拼接線左側(cè)CX≤CX_L的部分，再將左右影像合并在一起形成一幅新的圖像，實現(xiàn)左右影像的拼接；對所有單張展示影像兩兩進行拼接，從而得到一整幅某樁段內(nèi)的勘探洞展示影像圖。