[发明专利]一种基于单反相机的地质露头三维模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于单反相机的地质露头三维模型构建方法，基本步骤为：选择地质露头特征点或设置人工标志作为尺度标识点；地质露头影像采用固定焦距的相机进行采集；进行空中三角测量，自动提取连接点，通过连接点反算确定影像位置；模型尺度信息添加；再次进行空中三角测量；通过连接点构建不规则三角网，生成白体模型，对其进行影像贴加得到地质露头三维模型；优化模型，填补模型孔洞和裁剪不感兴趣区域，实现模型最优化。本发明提供的方法科学合理、易于实现、精度高等优点，利用单反相机对地质露头进行影像采集构建地质露头三维模型。

技术领域

本发明涉及三维可视化地质建模技术领域，尤其涉及一种地质露头三维模型构建的应用领域，具体是一种通过单反相机采集地质露头影像，利用影像数据构建地质露头三维模型的方法。

背景技术

地质露头是裸露于地表的地质体，研究地质露头特征是了解地下储层地质情况的重要手段。随着地质研究目标越来越趋向于精细化和复杂化，地质体表征尺度越来越小，传统的地质露头考察(以地质锤、标杆为参照物拍摄照片)用来获取地质体参数的方法已经难以满足发展需求。

地质体三维建模技术已应用于地质工程领域。地质露头三维模型是利用数字化手段采集地质露头的空间信息、颜色信息和纹理信息，真实还原地质露头野外场景，通过该模型可实现对地质露头特征的精细化三维空间分析和重复研究。当前的地质露头三维建模方法主要利用三维激光扫描仪采集地质露头的点云信息(即空间信息)，结合单反相机采集影像数据，通过两者融合建模得到地质露头三维模型，但三维激光扫描仪价格昂贵且操作复杂，在地质考察中未能普遍应用。

为了探索一种成本低且操作简单的地质露头三维建模方法，本发明采用摄影测量技术，发明了一套基于单反相机影像数据的地质露头三维模型构建方法，基于该模型可实现地质露头的精细化描述和高精度量测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种基于单反相机的地质露头三维模型构建方法，充分考虑地质露头的特点和地质考察的需要，通过开展地质三维露头建模，还原地质露头现场场景，可实现地质露头的精细化量测与描述。

(二)技术方案

本发明包含以下步骤：

(1)设置尺度标识点

选择地质露头特征点或设置人工标志作为尺度标识点，其尺寸应大于待采集影像的最低空间分辨率，保证在影像上可清晰分辨。设置3个特定条件的尺度标识点为A、B、C，利用钢尺精确量取尺度标识点之间的距离，取位至整毫米。

(2)影像采集

地质露头影像采用固定焦距的相机进行采集，影像采集过程中相机距离地质露头的距离尽量保持一致，每张影像之间重叠率保持大于75％，按正面、左侧、右侧、上侧和下侧的特定顺序采集地质露头的影像，保证影像清晰和露头区域全覆盖。

(3)首次空中三角测量与影像选取

进行空中三角测量，自动提取连接点，通过连接点反算确定影像位置。根据空中三角测量计算结果，若未匹配影像位于连接点密度均匀区域，则直接剔除该未匹配影像；若未匹配影像位于连接点密度不均匀区域，则在未匹配影像和其相邻影像上人工添加特定数量的连接点。

(4)模型尺度信息添加

在影像上查找并选取步骤(1)设置的尺度标识点A、B、C作为尺度约束点依次为a、b、c，并设置约束点之间的距离。

(5)二次空中三角测量

重复步骤(3)的操作，直至空中三角测量合格。

(6)三维模型建立