CN105931219B - 一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法 - Google Patents

一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，包括将摄像头钻孔的中心位置，并对钻孔拍摄图像，将拍摄的图像按照展开角展开，计算展开深度；按照上述方法对钻孔的井壁进行拍摄，将不同位置处拍摄的图像展开，利用计算机图像融合技术进行拼接，形成一个完整的拼接图像，也可得到拼接图像的长度，根据摄像头的初始位置和拼接图像的长度，可知摄像头停止的位置，同时也可以知道图像中任意位置对应的钻孔的深度；本发明解决了现有技术中对矿井内任意位置的深度难以测量的问题，以便钻孔内出现异常情况时，可以及时准确的进行处理；本发明的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，不受摄像头连接的计数轮或标尺的限制，数据准确。

Description

一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法
技术领域
本发明涉及工程检测技术领域，具体说是一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法。
背景技术
目前通过钻孔电视成像技术可以对整个矿井进行安全监测，但是在检测过程中如某一地点矿井出现问题，不能及时知道其的深度，给矿井监管带来不便，这是由于目前钻孔电视成像系统中对钻孔检测所成电视图像的深度的测量，通常采用摄像头与主机相连的导线在孔口安装的计数轮测量摄像头的深度；或者通过圆形空心金属管件上的标尺计算摄像头的深度，达到标注钻孔图像深度的目的。但是，当导线在计数轮上滑脱或管件上的标尺不清晰时，由于摄像头的深度不准确，钻孔电视所成图像深度就不能确定，因此亟需一种准确测量任意位置钻孔深度的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，包括以下步骤：
(1)将最大视角为2α的摄像头放入孔径为R0的钻孔中，在初始位置通过摄像头扶正器使摄像头处于钻孔的中心位置，并对钻孔拍摄，得到初始位置的钻孔图像；将初始位置的钻孔图像按照展开角β展开，同时计算初始位置的钻孔图像的展开深度H=R0tgα-R0tg(α-β)；所述的展开角β为10~20°，所述的初始位置摄像头距离钻孔口的距离为h1；
(2)采用步骤(1)的方法，先用摄像头由钻孔口自上而下对钻孔的井壁进行拍摄，得到在不同位置处的钻孔图像，当摄像头到某一位置停止后，将不同位置处的钻孔图像展开，然后利用计算机图像融合技术进行拼接，形成一个带有标尺的完整的拼接图像，从而得到拼接图像的长度h2；
(3)根据初始位置的深度h1和步骤(2)所得的拼接图像的长度h2，计算得到摄像头停止位置的深度h3=h1+h2，根据初始位置的深度h1和完整的拼接图像上的标尺数计算得到图像中任意位置对应的钻孔的深度。
优选的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，计算机图像融合技术为特征点法。
优选的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，摄像头的最大视角为60°，展开角为10°。
进一步优选的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，步骤(1)中将初始位置的钻孔图像按照展开角β展开的步骤如下：
①将在初始位置的钻孔图像中摄像头最大视角所拍摄的图像边缘和展开角所围成的图像边缘组成圆环形的展开区域；
②将步骤①中的圆环由极坐标转换为直角坐标，以图像圆环形的圆环中心为极坐标原点O，以图像的某一方位为极轴建立一极坐标系，设圆环的内圆半径为R1，外圆半径为R2，圆环中间需要展开提取像素点的圆周半径为R，R1＜R＜R2，在直角坐标系中，圆环图像中的任意一点坐标为P（x，y），圆心为O（x0，y0），γ表示P坐标在极坐标系中的上方角度，则极坐标和直角坐标的转换关系为：
x=Rcosγ+x0；y=Rsinγ+y0；
如果以2πR/360为步长对圆环图像进行展开，那么展开后的矩形图像长为2πR，m表示展开图像的第m个横坐标点，展开图像上P’(x’，y’)的坐标表示为：
x’=Rcos(γ+2πm/360)+x0；y=Rsin(γ+2πm/360)+y0；
逐一提取圆环上的像素点，并将像素点的极坐标根据坐标转换关系以及上-左-下-右-上的方位转换到直角坐标系中，形成展开后的矩形图像。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，解决了现有技术中对矿井内任意位置的深度难以测量的问题，采用钻孔电视图像技术对钻孔内钻孔的位置进行计算，以便钻孔内出现异常情况时，可以及时准确的进行处理；本发明的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，不受摄像头连接的计数轮或标尺的限制，数据准确，能帮助工作人员确定所摄图像的详细位置，为处理钻孔突发情况提供详细的数据支持。
附图说明
图1为钻孔摄像角度图；
图2为展开角度20°时圆环；
图3为环形图像展开前后示意图；
图4为图像拼接过程图；
图5完整的拼接图像示意图；
图6为摄像头在孔中所拍摄图像；
图7为环形图像极坐标系；
图8为将图6展开后的矩形图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，通过以下技术方案实现：
一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，包括以下步骤：
(1)将最大视角为2α的摄像头放入孔径为R0的钻孔中，在初始位置通过摄像头扶正器使摄像头处于钻孔的中心位置，并对钻孔拍摄，得到初始位置的钻孔图像；将初始位置的钻孔图像按照展开角β展开，同时计算初始位置的钻孔图像的展开深度H=R0tgα-R0tg(α-β)；所述的展开角β为10~20°，所述的初始位置摄像头距离钻孔口的距离为h1；
(2)采用步骤(1)的方法，先用摄像头由钻孔口自上而下对钻孔的井壁进行拍摄，得到在不同位置处的钻孔图像，当摄像头到某一位置停止后，将不同位置的钻孔图像展开，然后利用计算机图像融合技术进行拼接，形成一个带有标尺的完整的拼接图像，从而得到拼接图像的长度h2；
(3)根据初始位置的深度h1和步骤(2)所得的拼接图像的长度h2，计算得到摄像头停止位置的深度h3=h1+h2，根据初始位置的深度h1和完整的拼接图像上的标尺数计算得到图像中任意位置对应的钻孔的深度。
优选的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，计算机图像融合技术为特征点法。
优选的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，摄像头的最大视角为60°，展开角为10°。
进一步优选的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，步骤(1)中将初始位置的钻孔图像按照展开角β展开的步骤如下：
①将在初始位置的钻孔图像中摄像头最大视角所拍摄的图像边缘和展开角所围成的图像边缘组成圆环形的展开区域；
②将步骤①中的圆环由极坐标转换为直角坐标，以图像圆环形的圆环中心为极坐标原点O，以图像的某一方位为极轴建立一极坐标系，设圆环的内圆半径为R1，外圆半径为R2，圆环中间需要展开提取像素点的圆周半径为R，R1＜R＜R2，在直角坐标系中，圆环图像中的任意一点坐标为P（x，y），圆心为O（x0，y0），γ表示P坐标在极坐标系中的上方角度，则极坐标和直角坐标的转换关系为：
x=Rcosγ+x0；y=Rsinγ+y0；
如果以2πR/360为步长对圆环图像进行展开，那么展开后的矩形图像长为2πR，m表示展开图像的第m个横坐标点，展开图像上P’(x’，y’)的坐标表示为：
x’=Rcos(γ+2πm/360)+x0；y=Rsin(γ+2πm/360)+y0；
逐一提取圆环上的像素点，并将像素点的极坐标根据坐标转换关系以及上-左-下-右-上的方位转换到直角坐标系中，形成展开后的矩形图像。
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，包括以下步骤：
①将摄像头放入孔径为R0的钻孔中，通过摄像头扶正器使摄像头处于钻孔的中心位置，并对钻孔拍摄图像；所述摄像头的最大视角为2α；所述的初始位置摄像头距离钻孔口的距离为h1；在确定摄像头的中心位置后，由图1可知，距离摄像头中心位置越近，成像点越靠近图像的边缘，距离摄像头中心位置越远，成像点越靠近图像的中心区域，即摄像头在钻孔中的图像遵循内远外近的原则；在图1中摄像头的视角最大为α3时，成像点所围成的圆在图像的外围，摄像头的视角最小为α1时，成像点所围成的圆靠近图像的中心；
②将摄像头在钻孔中下降到距钻孔口H1处对钻孔拍摄，得到图像1，将图像1按照展开角β展开，同时计算图像1的展开深度；所述的展开角β为20°，图像1的展开深度H=R0tgα-R0tg(α-β)；如图2所示，对钻孔图像进行展开处理，将图像圆环形以圆环中心为极坐标原点，以图像的某一方位为极轴建立极坐标系，在图像展开时逐一提取某个半径R圆上的像素点，将半径R圆上像素点的极坐标根据坐标转换关系以及上-左-下-右-上的方位转换到直角坐标系中，如图3所示展开前的圆环在展开后形成矩形；因为环形图像是按照一定的展开角β展开，已知钻孔的半径R0，可以计算环宽（展开图像的深度），即图3中Y轴方向的长度，X轴方向的大小是钻孔的周长。
③将摄像头继续下降一段距离，按照步骤②的方法处理，同样得到展开图像的长度；
④将两幅有重合部位的图像利用计算机图像融合技术进行拼接，可得到拼接后图像的长度；如图4所示；
⑤用摄像头自上而下对钻孔的井壁进行拍摄，重复步骤②③④，当摄像头在某一位置停止后，并将不同位置处拍摄的图像展开，然后利用计算机图像融合技术进行拼接，可形成完整的拼接图像，如图5所示，所述的完整的拼接图像上带有标尺，可得到拼接图像的长度h2，通过摄像头的初始位置的深度h1，计算得到摄像头停止位置的深度h3=h1+h2，根据初始位置的深度h1和完整的拼接图像上任意位置处的的标尺数h3计算得到图像中任意位置对应的钻孔的深度hx=h1+h3。
实施例2
将摄像头在孔中拍摄的图像展开的步骤如下：
摄像头在孔径R0的钻孔的某一位置处摄影，形成圆环形图像，如图6所示，图6中大圆形为摄像头最大视角120°所拍摄的图像边界，小圆形为展开角10°处所围成的圆形，钻孔图像展开半径R=R0(tg60°-tg50°)；
以图像圆环形的圆环中心为极坐标原点O，以图像的某一方位为极轴建立一极坐标系，如图7所示，设圆环的内圆半径为R1，外圆半径为R2，圆环中间需要展开提取像素点的圆周半径为R，R1＜R＜R2，在直角坐标系中，如图3所示，圆环图像中的任意一点坐标为P（x，y），圆心为O（x0，y0），γ表示P坐标在极坐标系中的上方角度，则极坐标和直角坐标的转换关系为：
x=Rcosγ+x0；y=Rsinγ+y0；
如果以2πR/360为步长对圆环图像进行展开，那么展开后的矩形图像长为2πR，m表示展开图像的第m个横坐标点，展开图像上P’(x’，y’)的坐标表示为：
x’=Rcos(γ+2πm/360)+x0；y=Rsin(γ+2πm/360)+y0；
逐一提取圆环上的像素点，并将像素点的极坐标根据坐标转换关系以及上-左-下-右-上的方位转换到直角坐标系中，形成展开后的矩形图像，将图6中的图像展开后如图8所示。

Claims (4)

1.一种基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将最大视角为2α的摄像头放入孔径为R0的钻孔中，在初始位置通过摄像头扶正器使摄像头处于钻孔的中心位置，并对钻孔拍摄，得到初始位置的钻孔图像；将初始位置的钻孔图像按照展开角β展开，同时计算初始位置的钻孔图像的展开深度H=R0tgα-R0tg(α-β)；所述的展开角β为10~20°，所述的初始位置摄像头距离钻孔口的距离为h1；
(2)采用步骤(1)的方法，先用摄像头由钻孔口自上而下对钻孔的井壁进行拍摄，得到在不同位置处的钻孔图像，当摄像头到某一位置停止后，将不同位置处的钻孔图像展开，然后利用计算机图像融合技术进行拼接，形成一个带有标尺的完整的拼接图像，从而得到拼接图像的长度h2；
(3)根据初始位置的深度h1和步骤(2)所得的拼接图像的长度h2，计算得到摄像头停止位置的深度h3=h1+h2，根据初始位置的深度h1和完整的拼接图像上的标尺数计算得到图像中任意位置对应的钻孔的深度。
2.根据权利要求1所述的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，其特征在于：计算机图像融合技术为特征点法。
3.根据权利要求1所述的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，其特征在于：摄像头的最大视角为60°，展开角为10°。
4.根据权利要求1所述的基于钻孔电视图像计算钻孔深度的方法，其特征在于：步骤(1)中将初始位置的钻孔图像按照展开角β展开的步骤如下：
①将在初始位置的钻孔图像中摄像头最大视角所拍摄的图像边缘和展开角所围成的图像边缘组成圆环形的展开区域；
②将步骤①中的圆环由极坐标转换为直角坐标，以图像圆环形的圆环中心为极坐标原点O，以图像的某一方位为极轴建立一极坐标系，设圆环的内圆半径为R1，外圆半径为R2，圆环中间需要展开提取像素点的圆周半径为R，R1＜R＜R2，在直角坐标系中，圆环图像中的任意一点坐标为P（x，y），圆心为O（x0，y0），γ表示P坐标在极坐标系中的上方角度，则极坐标和直角坐标的转换关系为：
x=Rcosγ+x0；y=Rsinγ+y0；
以2πR/360为步长对圆环图像进行展开，那么展开后的矩形图像长为2πR，m表示展开图像的第m个横坐标点，展开图像上P’(x’，y’)的坐标表示为：
x’=Rcos(γ+2πm/360)+x0；y=Rsin(γ+2πm/360)+y0；
逐一提取圆环上的像素点，并将像素点的极坐标根据坐标转换关系以及上-左-下-右-上的方位转换到直角坐标系中，形成展开后的矩形图像。
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