[发明专利]基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法

权利要求书

1.一种基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：收集高陡危岩的崩塌视频；

步骤二：通过无人机实地摄影，获得崩塌视频中对应崩塌地区的三维实景模型；

步骤三：基于危岩体的岩体结构特征和视频中的不同部位的危岩体坠落过程中体现出的差异性，对危岩崩塌体进行分区；

步骤四：选取不同分区部位中，图像和颜色特征明显、运动过程鲜明的点作为特征点；

步骤五：在视频画面上构建坐标系和比例尺；

步骤六：采用tracker，对特征点进行动态追踪，然后导出特征点的位移数据；

步骤七：对导出的特征点位移数据进行坐标系校正；

步骤八：将修正后的数据作为各个特征点的位移数据，在修正或剔除部分异常点后，通过一次求导和二次求导得到特征点的速度和加速度特征，并对每个分区分别绘制相应的运动曲线；

步骤九：对危岩体崩塌的运动过程进行运动阶段划分。

2.根据权利要求1所述的基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法，其特征在于：在步骤五中，构建坐标系和比例尺的方法如下：

S1、选取一个崩塌体崖壁上较明显的标定点，作为笛卡尔坐标系的原点，这个点在整段视频的崩塌过程中一直出现在视频内；

S2、坐标系中x和y轴方向与视频画面方向一致，x轴为沿着视频往正右方，y轴为沿着视频往正上方；

S3、在视频中选取崖壁上较明显的两个标定点，通过无人机摄影获得的三维模型，确定两个标定点之间的距离，以作为图像的比例尺。

3.根据权利要求1所述的基于视频特征点动态追踪的高陡危岩崩塌运动分析方法，其特征在于：在步骤七中，坐标系校正的方法如下：

S1、通过坐标系旋转和轴对称变换，使y轴方向与重力方向保持一致；

假定原坐标系沿顺时针旋转θ、且垂直翻转后，y轴方向可平行于重力作用方向；令平面内任意一点的原始坐标为v＝(x,y)，与坐标原点的距离为r，与x轴夹角为该点沿逆时针旋转θ后，得到坐标v_rot，再沿x进行轴对称变换后，可得到新坐标v′＝(x′,y′)；

此时：且

即坐标系的二维旋转、镜像变换矩阵为：

通过下式转换，即可求旋转、轴对称变换后的坐标：

S2、通过坐标系平移，将坐标原点移至崩塌体最高点上方位置；

为方便运动曲线的分析，将新坐标系的原点设置于崩塌体最高点上方的位置；假定坐标系旋转、镜像后的坐标系中，新原点的坐标为O′＝(x_O′,y_O′)，那么，将坐标系平移后，对于任意点v′＝(x′,y′)，其新坐标为：

v″＝(x′-x_O′,y′-y_O′)

记旋转、镜像和平移后的坐标系为x_corrOy′_corr；

S3、通过对比例尺进行非线性变换，修正特征点位移的竖向坐标；

在视频中，寻找崩塌路径范围附近的特征点；首先在tracker中测量其在x_corrOy^′_corr坐标系中的y^′_corr坐标，然后在三维模型中的测量对应的距离值y_dis；令比例变换系数为f_trf＝y_dis/y^′_corr

分析y^′_corr值与比例变换系数f_trf的关系，采用对数函数拟合出变换系数f_trf关于y^′_corr值的非线性函数f_trf(y^′_corr)；最后通过将x_corrOy^′_corr坐标系下的y^′_corr值与变换系数f_trf相乘，得到修正后的竖向位移值y_corr。