[发明专利]图像拼接技术在隧道围岩变形非接触测量中的应用

说明书

技术领域

 本发明涉及基于近景数码影像的隧道围岩变形非接触测量技术，尤其适用于隧道大尺寸断面围岩变形非接触的测量。

背景技术

目前公知的基于近景数码影像的隧道围岩变形的非接触测量是指利用近景摄影测量的基本原理，通过建立影像和所摄物体表面相应点坐标的对应数学关系，实现空间测点在统一坐标系下的坐标测量，得出同期观测的两测点间的测线长度，根据不同观测周期测线的长度变化，进而得到围岩的位移信息，实现隧道围岩变形的非接触测量。通常情况下，近景摄影测量的精度取决于断面尺度和相机有效像素，在不更换硬件时，由于断面尺寸较大，若将断面上所有测点囊括在数码相机的摄像范围内，要求数码相机远离断面，导致测量误差的显著增加；若将断面上局部待测点囊括在数码相机的摄像范围内，需要多次进行有重叠区域的交叉测量，增加了测量作业时间，易与施工形成干扰，与接触式测量方法相比，不具有明显的优势。

本发明基于图像拼接技术的围岩变形非接触测量方法，克服现有摄影测量技术在隧道大尺寸断面围岩变形测量中存在的局限性，获取的数据精准可靠，具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种基于图像拼接技术的围岩变形非接触测量方法，克服现有摄影测量技术在隧道大尺寸断面围岩变形测量中存在的局限性。

本发明目的是这样实现的：第一步图像获取：包括图像采集、图像预处理；将采集的现场拍摄图像，传输至计算机，利用编程对图像进行灰度化，同时对对比度不强的图像进行灰度线性变换增强对比度，然后采用中值滤波的方法进行图像平滑抑制图像噪声；第二步相机标定：利用精密三维控制场提供的控制点对相机的畸变系数和内方位元素进行标定，采用的方法是将相机畸变差引入直接线性变换的三维解析算法中去，求出相机的畸变系数，同时利用直接线性变换的11个系数求解相机的内方位元素；第三步图像拼接：通过拍摄监测断面重叠子图像进行拼接，获取监测断面全景图；具体方法：采用Harris算法提取拼接图像中的角特征点，利用相关算法进行特征点匹配，由随机抽样一致性算法过滤匹配点，去除误匹配；经图像配准后，通过加权平滑算法进行图像融合，实现重叠子图像的无缝拼接；为提高图像拼接精度，图像中角特征点由图像拼接标志点提供，图像拼接标志点设计为对顶角标志；第四步三维解析：利用精密三维控制场提供的控制点，采用直接线性变换方法对现场布设待测点的三维坐标进行测量，得出同期观测的待测点间的测线长度和不同观测待测点间测线的长度变化，进而得到围岩的位移信息。

本发明构思在大尺寸断面围岩上合理布设待测点和图像拼接标志点，当现场光线黯淡或者粉尘较多时，可采用高强度的照明设备或者使用红外摄像方式，保证近距离获取测量断面上待测点和图像拼接标志点的清晰图像；根据图像拼接标志点，利用图像拼接技术将重叠的子画面进行配准并形成全景图；经过图像处理精确提取全景图上所有待测点的像方坐标，再利用近景摄影测量原理计算出待测点的空间三维坐标，得出同期观测的两测点间的测线长度，并根据不同观测周期测线的长度变化，得到围岩的位移信息，实现隧道大尺寸断面围岩变形的非接触测量。

本发明的有益效果：实现隧道大尺寸断面围岩变形的非接触测量，减少与施工作业的相互干扰，提高隧道监控测量的速度，及时提供围岩变形信息，降低硬件系统成本，提高效率和安全性，彰显技术进步。

 

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1 为系统操作流程示意图；

如图1所示：图像获取部分包括图像采集、图像预处理；相机标定部分是利用精密三维控制场提供的控制点对相机的畸变系数和内方位元素进行标定；图像拼接部分是通过拍摄监测断面重叠子图像进行拼接，获取监测断面全景图；三维解析部分是利用精密三维控制场提供的控制点，采用直接线性变换方法对现场布设待测点的三维坐标进行测量，得出同期观测的待测点间的测线长度和不同观测待测点间测线的长度变化，进而得到围岩的位移信息。

附图2为 测点的设备安装示意图；

图2中：1～6-待测点、7、8-图像拼接标志点、9、10-精密三维控制场、11-数码相机、12-监测断面。

如图2所示：（略，见实施例）

附图3 为精密三维控制场构件示意图；

图3中：13-标识球、14-距离微调机构、15-标识杆、16-加强板、17-底座、18-定位连接杆、19-三脚架。