[發(fā)明專利]一種融合激光點云與全景圖像的隧洞病害檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111400964.1
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN113822891B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李清泉;熊智敏;朱家松;朱松;元鵬鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市智源空間創(chuàng)新科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/187;G06T7/90;G06V10/762;G06V10/80;G06K9/62;G06V10/764
• 代理公司: 深圳市深可信專利代理有限公司 44599
• 代理人: 楊偉

1.一種融合激光點云與全景圖像的隧洞病害檢測方法，其特征在于：包括以下的步驟：

S1、通過激光掃描儀掃描隧洞斷面輪廓，獲得隧洞表觀病害的點云特征，同時通過全景相機(jī)記錄輸水隧洞全景圖像，獲得隧洞表觀病害的圖像特征；

S2、對所述隧洞表觀病害的點云特征和圖像特征進(jìn)行提取，提取的點云特征表示為：，為點云特征，分別為掃描斷面內(nèi)候選病害點的位置、寬度、深度、反射強(qiáng)度和空間關(guān)系，L和S分別為候選病害區(qū)域的長度和形狀；提取的圖像特征表示為：，其中為圖像特征，G表示圖像灰度；

S3、將點云特征和圖像特征進(jìn)行融合，建立點云中每個點與圖像中像素的對應(yīng)關(guān)系，將點云中的候選病害區(qū)域傳遞到圖像中；所述步驟S3，包括以下的步驟：

S31、計算激光測點在全景相機(jī)坐標(biāo)系下的柱面等距投影坐標(biāo)為：

全景相機(jī)采用魚眼鏡頭，以全景相機(jī)的投影中心為原點，每一個離散的激光測點與坐標(biāo)原點都將構(gòu)成一條對應(yīng)的三維向量光線，建立以原點為球心，以為半徑的球面模型，沿方向?qū)⒓す鉁y點投影到球面模型上，形成球面極坐標(biāo)系下的投影點，建立以為投影半徑，以過原點的豎直方向直線為軸心的投影圓柱模型，其中為激光測點在球面坐標(biāo)系下投影點的極坐標(biāo)，為激光測點在柱面等距投影坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，為激光測點與坐標(biāo)原點的距離；

S32、計算全景圖像像點在全景相機(jī)坐標(biāo)系下的柱面等距投影坐標(biāo)為：

全景相機(jī)采用魚眼鏡頭，將魚眼成像模型等效為一個半球面，以全景相機(jī)的投影中心為原點，建立以原點為球心，以為半徑的球面模型，對于球面極坐標(biāo)系下的像點，其中表示入射角，表示像點在相平面的投影角，為魚眼鏡頭的焦距，根據(jù)魚眼鏡頭等距投影公式可知像高；

S33、通過互信息方法，求解互信息的最大值，計算激光測點與全景圖像像素的對應(yīng)關(guān)系，將病害候選區(qū)域傳遞到全景圖像中；所述步驟S33，包括以下的步驟：

S331、定義與的互信息MI為：

激光測點包含位置和反射強(qiáng)度兩種屬性，點云原始反射強(qiáng)度經(jīng)過轉(zhuǎn)換后在柱面等距投影下表示為，全景圖像像點在柱面等距投影下表示為，是點云反射強(qiáng)度點集中的點，是全景相機(jī)灰度點集中的點，是和的聯(lián)合分布，和分別為和的邊際分布，表示X的微元，表示y的微元；

S332、獲得的最大值，此時I和G幾何對齊；

S333、計算激光點云和全景圖像之間的對應(yīng)關(guān)系；

S334、將病害候選區(qū)域傳遞到全景圖像中；

S4、將圖像中的候選病害區(qū)域作為裂縫種子點，通過生長與連通算法，將裂縫種子點填滿圖像中的病害區(qū)域和干擾區(qū)域，將病害區(qū)域和干擾區(qū)域的點云特征和圖像特征輸入到分類器中進(jìn)行分類識別，識別出裂縫。

2.如權(quán)利要求1所述的一種融合激光點云與全景圖像的隧洞病害檢測方法，其特征在于：所述步驟S2中，所述隧洞表觀病害的圖像特征包括顏色特征。

3.如權(quán)利要求1所述的一種融合激光點云與全景圖像的隧洞病害檢測方法，其特征在于：所述步驟S2中，對所述隧洞表觀病害的點云特征進(jìn)行提取，包括以下的步驟：

S201、通過掃描斷面修正和斷面濾波，將掃描斷面與標(biāo)準(zhǔn)斷面配準(zhǔn)，定位連續(xù)掃描斷面上的候選病害點；

S202、通過點云聚類將連續(xù)掃描斷面上的候選病害點聚類成一個個離散的候選病害區(qū)域；

S203、提取連續(xù)掃描斷面內(nèi)候選病害點的特征，包括反射強(qiáng)度i、位置p、寬度W、深度D和空間關(guān)系SR，以及候選病害區(qū)域的長度L和形狀S，提取的點云特征表示為：，為點云特征。

4.如權(quán)利要求3所述的一種融合激光點云與全景圖像的隧洞病害檢測方法，其特征在于：所述步驟S201中，所述掃描斷面修正采用分段橢圓擬合算法，將掃描斷面修正到隧洞橫斷面上。

5.如權(quán)利要求3所述的一種融合激光點云與全景圖像的隧洞病害檢測方法，其特征在于：所述步驟S201中，所述掃描斷面濾波采用小波變換算法，將掃描斷面變換成連續(xù)半徑分布波形，半徑上的高頻分量即表示掃描斷面上的異常點。