CN101701816B - 大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于大断面地下硐室进行地质勘探数字图像采集和处理方法。包括配置移动摄影车，移动摄影车上设置有垂直升降支架，垂直升降支架上安设数码摄影设备并配置照明灯具，数码摄影设备与计算机相联；按步长和幅面对硐室进行分段分幅按序拍摄，左右各个分幅和前后各个分段所采集的图像相互衔接，移动摄影车按步长不断前移，直至拍摄完毕；将采集的数字图像输入计算机，通过计算机图像处理软件对采集的硐室图像进行校正和拼接。本发明不仅定位准确，而且拍摄过程简便；采集的图像质量好；借助计算机的辅助，既能自动控制数码摄影设备的拍摄过程，同时通过图像处理软件进行自动的图像拼接，有效提高了图像拼接编录的效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于大断面地下硐室进行地质勘探数字图像采集和处理方法，属于地质勘探技术领域。
背景技术
在地下硐室的建造施工过程中需要对其地质构造和特性进行勘探编录。大断面地下硐室空间大，光线暗。依靠传统的人工编录，很难全面记录其真实情况。利用数码摄影技术可以很好地弥补这一不足，但是实施起来存在诸多难度。主要表现在以下方面：1、空间大，硐型复杂。一般大型地下硐室硐径超过5米，加之光线昏暗，人站在下面很难拍到顶部。就算可以拍到，由于照片大小、拍摄角度等因素，很难实现硐壁图像的拼接。如硐室断面类型有圆形、方形、城门洞形等不同类型，还有一些硐段不易到达，拍摄相当困难。2、控制难。人工拍摄很难实现等距离、等角度的拍摄，易造成图像失真，致使拼接困难。也无法精确控制图片之间重迭，过量重迭会增加拍摄量，没有重迭就会形成盲区。3、照明难。传统拍摄采用碘钨灯照明，由于碘钨灯照明距离有限，远距离拍摄难以形成均匀照明。4、拼接难。大型地下硐室长达数百米甚至数十公里，照片数量巨大。此外由于照明不均匀、镜头畸变，以及图片数量巨大等问题，都使拼接非常困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，它拍摄简便，定位准确，图像质量好，编录处理的效率高。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：
配置移动摄影车，移动摄影车上设置有垂直升降支架，垂直升降支架上端安设轴向旋转架，轴向旋转架上安设数码摄影设备并配置照明灯具，数码摄影设备的镜头轴线与轴向旋转平台的旋转轴线相垂直，数码摄影设备与计算机相联；
设定硐室拍摄的纵向移动步长，按纵向移动步长将硐室分段，将各分段的硐壁划分成若干矩形拍摄投影幅面；
移动调整移动摄影车，通过调整数码摄影设备的拍摄高度和角度，使得数码摄影设备的镜头中心位于每个矩形拍摄投影幅面的中心，且镜头轴线与矩形拍摄投影幅面相垂直；
按步长和幅面对硐室进行分段分幅按序拍摄，左右各个分幅和前后各个分段所采集的图像相互衔接，移动摄影车按步长不断前移，直至拍摄完毕；
将采集的数字图像输入计算机，通过计算机图像处理软件对采集的硐室图像进行校正和拼接。
按上述方案，所述的硐室横向截面为圆形时，数码摄影设备的镜头位于硐室横向截面的中心，且镜头轴线与硐室的横向截面半径相一致，每拍摄一个幅面数码摄像设备绕硐室纵向轴线旋转一个固定的角度，每个幅面的拍摄距离相同，幅面大小相同。
按上述方案，所述的硐壁为圆弧面时，数码摄影设备的镜头位于该圆弧面的圆心，且镜头轴线与圆弧曲率半径相一致，每拍摄一个幅面，数码摄影设备绕硐室纵向轴线旋转一个固定的角度，每个幅面的拍摄距离相同，幅面大小相同。
按上述方案，所述的硐壁为平面时，对于垂直(侧面)硐壁划分几个高度进行拍摄，对于水平面(顶面和底面)划分几个横向间距进行拍摄，每个幅面的拍摄距离相同，幅面大小相同。
按上述方案，所述的纵向移动步长为1～3米。
按上述方案，拍摄硐室横向截面为圆形或圆弧形硐壁时，每拍摄一个幅面数码摄影设备绕硐室纵向轴线旋转固定的角度为20～25°。
按上述方案，所述的移动摄影车为四轮钢架车，四轮钢架车底盘的中轴线上安装有一个计数的轮毂，轮毂上安装有距离传感器，四轮钢架车上设置有垂直升降支架，垂直升降支架由两根可伸缩的垂直杆和一根与垂直杆垂直的横杆组成，垂直升降支架上端安设轴向旋转架，轴向旋转架由转动架和驱动装置构成，轴向旋转架上安设数码摄影设备并配置照明灯具。
按上述方案，所述的数码摄影设备为数码照相机。
本发明的有益效果在于：1、用移动摄影车定位数码摄影设备，并调整其拍摄的方位和角度，不仅定位准确，而且拍摄过程简便；2、将硐室的硐壁按步长和幅面进行分段分幅按序拍摄，每个幅面的拍摄距离相同，幅面大小相同，基本保证正射影拍摄，这样采集的图像质量好，也便于采集后的图像拼接和编录；3、借助计算机的辅助，既能自动控制数码摄影设备的拍摄过程，同时通过图像处理软件进行自动的图像拼接，有效提高了图像拼接编录的效率和质量。
附图说明
图1为本发明拍摄圆形硐壁的分段分幅方式示意图。
图2为本发明拍摄平面硐壁的分段分幅方式示意图。
图3为本发明一个实施例中各个电器设备的联接和工作框图。
图4为本发明一个实施例中移动摄影车的立体结构图。
图5为本发明一个实施例中圆形硐室分段分幅采集的部分展开拼接图像。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
配置的移动摄影车8包括为四轮钢架车，四轮为球形轮，可灵活运行在平底硐和圆形硐中，四轮钢架车底盘的中轴线上安装有一个计数的轮毂10，轮毂上安装有距离传感器9，轮毂可调节高度，以适应硐形变化的需要；在移动摄影车上还配置有定位控制器6；移动摄影车上设置有垂直升降支架5，垂直升降支架由两根可伸缩的垂直杆和一根与垂直杆垂直的横杆组成，垂直升降支架下部与固定支架相连，垂直升降支架和横杆均位于车的中轴线上，并保证支架垂直。垂直升降支架上端的横杆配置伸缩杆，伸缩杆前端安设轴向旋转架2和角度控制器3，轴向旋转架由转动架和驱动装置构成，驱动装置由步进电机和减速器构成，驱动转动架绕伸缩杆作360度任意方位的旋转，在轴向旋转架的转动架上安设数码摄影设备1并配置照明灯具4，使得照明灯具与数码摄影设备同步移动，两者相对位置保持不变，确保被摄区域亮度均匀，采集所有的图像照度一致。数码摄影设备为千万像素数码单反相机，使用带有影像畸变校正功能的镜头。上述距离传感器、角度控制器和驱动装置的步进电机通过控制器与计算机相接，由AC220V电源提供照明灯具使用，同时通过电源适配器提供给控制器和计算机7使用，数码摄影设备也与计算机相联，通过计算机控制这些电器设备的运行并记录它们的运行信息，存储数码摄影设备采集的图像。计算机为便携式计算机。
设定硐室拍摄的纵向移动步长，按纵向移动步长将硐室分段，将各分段的硐壁划分成若干矩形拍摄投影幅面；本实施例中硐室横截面为圆形，直径为9.9米，设定纵向步长为2米，将移动摄影车移动至硐室中心底线，使数码摄影设备的镜头位于硐室横向截面的中心，且镜头轴线与硐室纵轴线一致，每拍摄一幅，数码摄影设备绕硐室纵轴线旋转22.5°，共拍摄16幅，拍完后将移动摄影车向前移动一个步长，继续进行新一轮的拍摄。由计算机设置转动角度，控制相机旋转定角度拍摄，实现了人工很难实现的等距离、等角度、正射影的精准拍摄，同时精确控制图片之间的衔接，为后期拼接提供了保障。
将采集的数字图像输入计算机，通过计算机图像处理软件对采集的硐室图像进行校正和拼接。
计算机的大断面地下硐室的快速数字成像系统软件分为图像采集控制和图像处理两部分。
图像采集控制软件控制硐深控制器和角度控制器完成采集。角度控制器部分主要是设置和发出步进角度信息。控制数码相机快门，并将照片保存在硬盘上。
图像处理软件可以自动或手动拼接图象。拼接速度快，拼接过程中可以进行人工干预，纠正自动识别出现的偏差。图像拼接后进行图像亮度均衡处理，消除图像边缘因亮度差异引起的拼接痕迹，改善图像拼接效果。
Claims (8)
1.一种大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于
配置移动摄影车，移动摄影车上设置有垂直升降支架，垂直升降支架上端安设轴向旋转架，轴向旋转架的旋转轴线与垂直升降支架相垂直，轴向旋转架上安设数码摄影设备并配置照明灯具，数码摄影设备的镜头轴线与轴向旋转架的旋转轴线相垂直，数码摄影设备与计算机相联；
设定硐室拍摄的纵向移动步长，按纵向移动步长将硐室分段，将各分段的硐壁划分成若干矩形拍摄投影幅面；
移动调整移动摄影车，通过调整数码摄影设备的拍摄高度和角度，使得数码摄影设备的镜头中心位于每个矩形拍摄投影幅面的中心且镜头轴线与矩形拍摄投影幅面相垂直；
按步长和幅面对硐室进行分段分幅按序拍摄，左右各个分幅和前后各个分段所采集的图像相互衔接，移动摄影车按步长不断前移，直至拍摄完毕；
将采集的数字图像输入计算机，通过计算机图像处理软件对采集的硐室图像进行校正和拼接。
2.按权利要求1所述的大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于所述的硐室横向截面为圆形时，数码摄影设备的镜头位于硐室横向截面的中心，且镜头轴线与硐室的横向截面半径相一致，每拍摄一个幅面数码摄像设备绕硐室纵向轴线旋转一个固定的角度，每个幅面的拍摄距离相同，幅面大小相同。
3.按权利要求1所述的大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于所述的硐壁为圆弧面时，数码摄影设备的镜头位于该圆弧面的圆心，且镜头轴线与圆弧曲率半径相一致，每拍摄一个幅面，数码摄影设备绕硐室纵向轴线旋转一个固定的角度，每个幅面的拍摄距离相同，幅面大小相同。
4.按权利要求1所述的大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于所述的硐壁为平面时，对于垂直硐壁划分几个高度进行拍摄，对于水平面划分几个横向间距进行拍摄，每个幅面的拍摄距离相同，幅面大小相同。
5.按权利要求2或3或4所述的大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于所述的纵向移动步长为1～3米。
6.按权利要求2或3所述的大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于拍摄硐室横向截面为圆形或圆弧形硐壁时，每拍摄一个幅面数码摄影设备绕硐室纵向轴线旋转固定的角度为20～25°。
7.按权利要求1所述的大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于所述的移动摄影车为四轮钢架车，四轮钢架车底盘的中轴线上安装有一个计数的轮毂，轮毂上安装有距离传感器，四轮钢架车上设置有垂直升降支架，垂直升降支架由两根可伸缩的垂直杆和一根与垂直杆垂直的横杆组成，轴向旋转架由转动架和驱动装置构成。
8.按权利要求1所述的大断面地下硐室地质勘探数字图像采集和处理方法，其特征在于所述的数码摄影设备为数码照相机。
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