[发明专利]一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法

权利要求书

1.一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1、平行摄影得到影像序列：采用基于活动控制架的控制方式和摄影主光轴平行于洞轴线的摄影方式，沿勘探洞中轴线每隔一定的距离正对着活动控制架方向拍摄影像序列；

步骤2、影像预处理：包括影像畸变差校正和影像的单像空间后方交会计算，从而获得已知内、外方位元素的构像质量良好的勘探洞影像数据；

步骤3、影像投影纠正：将消除构像畸变差影响的勘探洞原始影像投影到物方，形成物方目标影像，并按照要求展开为平面，得到勘探洞单张展示影像；其中，所述的物方抽象为目标柱面；

步骤4、展示影像生成：将某一段勘探洞内各单张展示影像拼接起来而生成影像地质编录底图；

所述步骤1中的基于活动控制架的控制方式和摄影主光轴平行于洞轴线的摄影方式是指：

将所述的活动控制架设置在勘探洞轴线上，并使其横轴与洞轴线垂直；记录活动控制架基点在勘探洞工程坐标系中的坐标：Y为0、Z是地面至活动控制架基点的距离、X根据桩号来确定；由于活动控制架主杆、横向标杆及活动控制架基点的相对位置固定，通过活动控制架基点的坐标和活动控制架六个控制点与基点间的参数值，计算得到每个控制点在勘探洞工程坐标系中的坐标，控制点与基点之间的位置参数通过高精度测量进行测定；作业员手持数码相机，从起点桩号开始，沿勘探洞中轴线每隔一定距离正对着活动控制架方向拍摄影像，每张影像内均包含勘探洞的左右壁和顶板的局部区域以及正前方活动控制架上的六个控制点；所述的一定的距离并不固定，前提是保证前后相邻影像的洞壁顶板部分有重叠区域；一个活动控制架设置站为覆盖一段勘探洞的若干张影像所共用；然后，沿勘探洞前进并重新设置活动控制架，并重复上述拍摄步骤；在所述的重复拍摄中，始终要保证前后相邻影像的洞壁顶板部分有重叠区域；

所述步骤2中(2-1)所述的影像畸变校正，是指：采用顾及径、切向变形的畸变校正模型，对原始影像进行畸变差改正，其模型公式为：

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为像点坐标x、y的构像畸变差改正值；x₀、y₀为相机内方位元素；r为像点的向径，即k₁、k₂、k₃、p₁、p₂为畸变差校正系数；

(2-2)所述的单像空间后方交会，是指：先利用角锥体法解算外方位线元素的近似值，并据此估计出外方位角元素的初始值，然后再利用共线方程解法整体平差，解算出像片外方位元素精确值。

2.根据权利要求1所述的一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，其特征在于：在所述步骤3中，所述的影像投影纠正，是指将消除构像畸变差影响的勘探洞原始影像投影到物方，形成物方目标影像，并按照要求展开为平面，得到勘探洞单张展示影像；其具体过程包括：

(3-1)计算像点的像空间工程辅助坐标：

设勘探洞为矩形洞，洞宽W，洞高H，勘探洞柱面方程表示为下式(2)：

其中，X,Y,Z为勘探洞工程坐标；

根据摄影测量共线方程，由像平面坐标x、y解算出每个像元对应的像空间辅助坐标系坐标从而得到像空间工程辅助坐标系坐标u、v、w：

u‾v‾w‾=Rx-x0y-y0f---(3)]]>

uvw=w‾-u‾v‾---(4)]]>

其中，旋转矩阵R为把像空间坐标系转换为像空间辅助坐标系的旋转变换矩阵，由像片外方位元素中的三个角元素确定，外方位元素由单像空间后方交会得到；x₀、y₀、f为已知的像片内方位元素；

(3-2)计算投影系数及物方坐标：

设洞壁上一点A，在勘探洞工程坐标系中的坐标为(X_A,Y_A,Z_A)，其对应的像点a的坐标为(x_a,y_a)，像空间工程辅助坐标为(u_a,v_a,w_a)；S为投影中心，在勘探洞工程坐标系中的坐标为(X_S,Y_S,Z_S)，由单像空间后方交会计算得到；投影光线SaA存在以下的关系：

XA-XSua=YA-YSva=ZA-ZSwa=λ---(5)]]>

由投影光线及勘探洞目标柱面方程计算出投影系数λ；首先根据影像的投影关系判别与投影光线相交的目标面，然后由式(2)与式(5)联立解得像点的投影系数λ；最后按式(7)即可解出物点A在勘探洞工程坐标系下的物方坐标(X_A,Y_A,Z_A)：

XA=XS+λuaYA=YS+λvaZA=ZS+λwa---(7)]]>

(3-3)原始影像投影纠正：

建立勘探洞展示影像的坐标系O-CXCY，其中，CX轴与洞轴方向平行，CY轴指向勘探洞横截面的展开方向；

根据勘探洞工程坐标A(X_A,Y_A,Z_A)，由式(8)得到A点在展示影像坐标系中的坐标CX_A、CY_A：

包括点A在内，按式(3)、(4)、(7)、(8)的数学关系对原始影像逐像元地投影纠正至展示影像坐标平面，并经重采样后，即可取得新的单张展示影像；

在纠正制作展示影像时，对每张原始影像仅使用其构像比例尺最大、细节展示最清晰的部分，即距离拍摄位置最近的一部分图像，其具体过程是：先计算出原始影像上各像点对应物点的勘探洞工程坐标(X,Y,Z)，找出X的最大值X_max；然后依据相邻两张影像的外方位元素X_S的差值推算出拍摄间距ΔX，得出X_max+ΔX，从而确定每张影像的物方纠正区域为从X_max到X_max+ΔX的一段勘探洞；

所述步骤4中的展示影像生成是指，将某一段勘探洞内各单张展示影像拼接起来而生成影像地质编录底图，具体过程为：

通过各影像的展示坐标(CX,CY)确定影像间的重叠区域，然后以重叠区域的中线作为拼接线，拼接线坐标CX_L，其计算公式为：

CX_L＝(CX_max+CX’_min)/2 (9)

其中，CX_max为拼接时左影像最右侧边缘像元在勘探洞展示影像坐标系O-CXCY中的坐标，CX’_min为右影像最左侧边缘像元在勘探洞展示影像坐标系O-CXCY中的坐标；

处理重叠区域时，割去左影像在拼接线右侧CX≥CX_L的部分，同时割去右影像在拼接线左侧CX≤CX_L的部分，再将左右影像合并在一起形成一幅新的图像，实现左右影像的拼接；对所有单张展示影像两两进行拼接，从而得到一整幅某桩段内的勘探洞展示影像图。