CN108540703A - 隧道倾斜摄影装置 - Google Patents

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宋涛
曾立
魏雨军
周炳强
李志�
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Abstract

本发明公开了一种隧道倾斜摄影装置，包括：三脚架、中央承载架、数码相机、三轴电子云台、云台控制模块、相机同步控制器和电源模块，中央承载架安装于三脚架上，数码相机、三轴电子云台、云台控制模块、相机同步控制器和电源模块均集成于中央承载架上，三轴电子云台的姿态线和数码相机的视频线均与云台控制模块连接，数码相机的快门线与相机同步控制器连接，相机同步控制器控制多台数码相机同时曝光，云台控制模块控制三轴电子云台的转动角度，电源模块与云台控制模块和相机同步控制器电连接。本发明提出的隧道倾斜摄影装置，提高了隧道数码影像采集工作效率，保证了数字影像质量。

Description

隧道倾斜摄影装置
技术领域
本发明涉及地质勘察领域，尤其涉及一种隧道倾斜摄影装置。
背景技术
数字摄影测量是以数字影像和摄影测量为基本原理，与应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科结合发展的产物，实现了摄影对像的几何与物理信息通过数字方式表达。基于数字摄影测量技术与应用计算机技术、数字影像处理的迅速发展，三维影像技术孕育而生，并被广泛运用于地质勘察行业，地表数据(空间信息、物像纹理)快速获取能力显著提升。随着我国基础设施建设水平的快速发展，地下建筑物的类型和规模不断增加，数字摄影测量技术开始运用于地下建筑物的三维展示中。
按照国际隧道协会(ITA)定义的隧道的横断面积的大小划分标准:极小断面隧道(2～3m2)、小断面隧道(3～10m2)、中等断面隧道(10～50m2)、大断面隧道(50～100m2)和特大断面隧道(大于100m2)。目前，隧道地质编录采用地质人员进行全洞段平面大比例纸质或电子编录和人工数码照相的方式。随着数字摄影测量技术的引进，开始尝试使用人工倾斜摄影进行后期三维影像合成。由于小断面和中等断面隧道断面相对较小，结构形态曲直结合较为复杂，使用人工采集数字影像存在现场操作难度大、工作程序繁琐，工作量大，影像质量易受采集人员水平影响、采集效率低，特殊部位无法采集，后期合成三维影像质量差等缺点，难以进行推广，不能够有效推进地质勘察技术的发展与提升。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种隧道倾斜摄影装置，旨在提高隧道数码影像采集工作效率，保证数字影像质量，为后期隧道三维影像重建提供必要条件。
为实现上述目的，本发明提供一种隧道倾斜摄影装置，包括：三脚架、中央承载架、数码相机、三轴电子云台、云台控制模块、相机同步控制器和电源模块，其中，
所述中央承载架安装于三脚架上，数码相机、三轴电子云台、云台控制模块、相机同步控制器和电源模块均集成于中央承载架上，数码相机和三轴电子云台均设置有多个，每一数码相机对应一三轴电子云台，三轴电子云台的姿态线和数码相机的视频线均与云台控制模块连接，数码相机的快门线与相机同步控制器连接，相机同步控制器控制多台数码相机同时曝光，云台控制模块控制三轴电子云台的转动角度，电源模块与云台控制模块和相机同步控制器电连接。
优选地，所述数码相机至少设置有五台。
优选地，所述中央承载架通过高度调节立轴安装于三脚架上，高度调节立轴相对于三脚架的安装高度可调整。
优选地，所述高度调节立轴顶端固定有托板，中央承载架滑轨于托板上方且相对于其可移动。
优选地，所述中央承载架上还安装有照明装置，照明装置与电源模块电连接。
优选地，所述电源模块包括第一电源控制单元以及与其独立设置的第二电源单元，第一电源控制单元用于对照明装置供电，第二电源单元用于对云台控制模块和相机同步控制器进行供电。
优选地，所述照明装置的流明值大于3000。
优选地，所述三轴电子云台的俯仰轴最大仰角行程45°，最大俯角行程90°。
优选地，所述中央承载架上还安装有散热风扇。
优选地，所述数码相机为全画幅广角数码相机。
本发明提出的隧道倾斜摄影装置，具有以下有益效果：
(1)本隧道倾斜摄影装置适用于圆形、城门洞形及三心圆洞形等多种常见断面形状隧道，适应范围广；
(2)本倾斜摄影装置使用过程中不受断面形态变化限制，可对隧道顶拱及起拱线处曲面与平面交叉部位进行有效采集，在现场条件具备时也可对隧道底板或仰拱进行采集，实现全断面采集；
(3)三轴电子云台可灵活调节相机主光轴方向，有效控制相邻相机曝光影像重叠率；
(4)通过三轴电子云台对数码相机进行增稳，保证数码相机曝光时姿态稳定，其影像质量高；
(5)自带光源功能，洞内不需额外提供照明，光源可采用重叠覆盖设计，从而有效控制光线覆盖面积；
(6)本倾斜摄影装置可通过单点曝光采集单位洞长三壁数字影像，无需洞内往返作业，降低工作强度，采集效率高；
(7)本倾斜摄影装置可操作性强，操作人员仅需简单培训即可胜任采集工作，人为影像成果质量因素小，成果质量稳定性强。
附图说明
图1a为本发明隧道倾斜摄影装置中中央承载架的俯视结构示意图；
图1b为本发明隧道倾斜摄影装置中中央承载架的左视结构示意图；
图1c为本发明隧道倾斜摄影装置中三脚架的结构示意图；
图1d为本发明隧道倾斜摄影装置中高度调节立轴的结构示意图；
图1e为本发明隧道倾斜摄影装置中托板的结构示意图；
图1f为本发明隧道倾斜摄影装置中云台挂载板的结构示意图；
图1g为本发明隧道倾斜摄影装置中三轴电子云台的结构示意图；
图1h为本发明隧道倾斜摄影装置中数码相机的结构示意图；
图2a为本发明隧道倾斜摄影装置三脚架的初始结构示意图；
图2b为本发明隧道倾斜摄影装置在三脚架上安装高度调节立轴后的结构示意图；
图2c为本发明隧道倾斜摄影装置在安装托板后的结构示意图；
图2d为本发明隧道倾斜摄影装置在安装中央承载架后的结构示意图；
图2e为本发明隧道倾斜摄影装置在安装云台挂载板后的结构示意图；
图2f为本发明隧道倾斜摄影装置在安装一三轴电子云台后的结构示意图；
图2g为本发明隧道倾斜摄影装置在安装所有三轴电子云台后的结构示意图；
图3为本发明隧道倾斜摄影装置在摄像采集流程时的横断面图；
图4为本发明隧道倾斜摄影装置在摄像采集流程时的纵断面图。
图中，1-中央承载架；2-三脚架；3-高度调节立轴；4-托板；5-云台挂载板；6-三轴电子云台；7-云台固定端；8-LED灯珠；9-散热风扇；10-电池仓；11-云台控制模块；12-电源模块；13-立轴定位孔；14-V型弹扣弹珠；15-中央承载架高度调节摇柄；16-数码相机；17-相机同步控制器；18-小断面～中等断面隧道顶拱或顶板；18a-平洞左壁；18b-平洞右壁。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1a至图4，本优选实施例中，一种隧道倾斜摄影装置，包括：三脚架2、中央承载架1、数码相机16、三轴电子云台6、云台控制模块11、相机同步控制器17和电源模块12，其中，
中央承载架1安装于三脚架2上，数码相机16、三轴电子云台6、云台控制模块11、相机同步控制器17和电源模块12均集成于中央承载架1上，数码相机16和三轴电子云台6均设置有多个，每一数码相机16对应一三轴电子云台6，三轴电子云台6的姿态线和数码相机16的视频线均与云台控制模块11(GCU接口)连接，数码相机16的快门线与相机同步控制器17连接，相机同步控制器17控制多台数码相机16同时曝光，云台控制模块11控制三轴电子云台6的转动角度，电源模块12与云台控制模块11和相机同步控制器17电连接。
外部显示设备可以接在云台控制模块的GCU接口上，以显示数码相机16的图片。本隧道倾斜摄影装置对象针对小断面和中等断面隧道，包括水工隧道、公路隧道、铁路隧道、市政隧道、矿山隧道等。本实施例中，数码相机16至少设置有五台，以保证倾斜摄影的重叠率。三轴电子云台6的俯仰轴最大仰角行程45°，最大俯角行程90°。数码相机16为全画幅广角数码相机。三轴电子云台6通过云台挂载板5安装于中央承载架1上。电源模块12可采用可充电Lipo电池。中央承载架1由碳纤维板及碳纤维管制成。云台控制模块11可控制单台三轴电子云台6的伺服机构，也可调整所有三轴电子云台6实现联动。
具体地，中央承载架1通过高度调节立轴3安装于三脚架2上，高度调节立轴3相对于三脚架2的安装高度可调整，从而便于调整数码相机16的安装高度。本实施例中，高度调节立轴3通过定位V型弹扣安装于三脚架2上。
高度调节立轴3顶端固定有托板4，中央承载架1安装于托板4上方且相对于其可移动，从而便于调整数码相机16的安装位置。中央承载架1上安装有滑轨，托板4上开设有滑槽，通过滑槽和滑轨配合实现中央承载架1和托板4滑动连接。
进一步地，中央承载架1上还安装有照明装置，照明装置与电源模块12电连接。照明装置可以为LED灯珠8，本发明对此不作限定。照明装置的流明值大于3000(LM)。电源模块12包括第一电源控制单元以及与其独立设置的第二电源单元，第一电源控制单元用于对照明装置供电，第二电源单元用于对云台控制模块11和相机同步控制器17进行供电。中央承载架1内设置有两个独立的电池仓10，电池仓10具备安装20000mAh(含)以上Lipo电池空间。
进一步地，中央承载架1上还安装有散热风扇9。
本隧道倾斜摄影装置的安装方法如下。
(1)展开三脚架2，拧紧三脚架2的立轴固定螺旋；
(2)按住高度调节立轴3的定位V型弹扣并将高度调节立轴33插入稳定三脚架22立轴中，对准三脚架2的定位孔直至定位弹扣弹出；
(3)将托板4的固定丝扣对准高度调节立轴3的顶部固定丝扣，旋转托板4至丝扣拧紧；
(4)将中央承载架1的滑轨对准托板4的滑槽将滑轨推入滑槽内直至固定弹扣弹出；
(5)将云台挂载板5插入中央承载架1上的固定端；
(6)将三轴电子云台6的云台固定丝扣对准云台挂载板5的丝扣旋紧固定卡扣，连接云台供电线至电源模块12的供电口，连接三轴电子云台6的姿态线和相机的视频线至云台控制模块11的内置GCU接口；
(7)连接数码相机16的快门线至相机同步控制器17；
(8)将电源装入中央承载架1的电池仓10内，连接电源供电线；
(9)安装数码相机16至三轴电子云台6上并固定；
(10)打开电源模块12的开关，装置供电启动。
本隧道倾斜摄影装置的数字影像采集方法如下。
(1)安装设备并启动，完成云台自检；
(2)计算洞轴向影像采集曝光点间距参数，曝光点间距D可按下式计算：
式中：D-曝光点间距(m)；
δ-三维影像保证系数，建议0.75≤δ＜1；
d-隧道跨度(m)；
l-侧面相机水平间距(m)；
α-数码相机16的镜头视角参数(FOV)值(°)。
(3)调节高度调节立轴3至顶部的①号相机画幅覆盖顶拱，调节云台控制模块11的拨轮调整三轴电子云台6的角度使两侧②③④⑤相机主光轴与平洞法向重合；
(4)使用相机同步控制器17控制相机快门同步曝光采集数字影像；
(5)根据(2)计算间距移动至下一曝光点采集。
本实施例提出的隧道倾斜摄影装置，具有以下有益效果：
(1)本隧道倾斜摄影装置适用于圆形、城门洞形及三心圆洞形等多种常见断面形状隧道，适应范围广；
(2)本倾斜摄影装置使用过程中不受断面形态变化限制，可对隧道顶拱及起拱线处曲面与平面交叉部位进行有效采集，在现场条件具备时也可对隧道底板或仰拱进行采集，实现全断面采集；
(3)三轴电子云台6可灵活调节数码相机16的主光轴方向，有效控制相邻相机曝光影像重叠率；
(4)通过三轴电子云台6对数码相机16进行增稳，保证数码相机16曝光时姿态稳定，其影像质量高；
(5)自带光源功能，洞内不需额外提供照明，光源可采用重叠覆盖设计，从而有效控制光线覆盖面积；
(6)本倾斜摄影装置可通过单点曝光采集单位洞长三壁数字影像，无需洞内往返作业，降低工作强度，采集效率高；
(7)本倾斜摄影装置可操作性强，操作人员仅需简单培训即可胜任采集工作，人为影像成果质量因素小，成果质量稳定性强。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道倾斜摄影装置，其特征在于，包括：三脚架、中央承载架、数码相机、三轴电子云台、云台控制模块、相机同步控制器和电源模块，其中，
所述中央承载架安装于三脚架上，数码相机、三轴电子云台、云台控制模块、相机同步控制器和电源模块均集成于中央承载架上，数码相机和三轴电子云台均设置有多个，每一数码相机对应一三轴电子云台，三轴电子云台的姿态线和数码相机的视频线均与云台控制模块连接，数码相机的快门线与相机同步控制器连接，相机同步控制器控制多台数码相机同时曝光，云台控制模块控制三轴电子云台的转动角度，电源模块与云台控制模块和相机同步控制器电连接。
2.如权利要求1所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述数码相机至少设置有五台。
3.如权利要求1所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述中央承载架通过高度调节立轴安装于三脚架上，高度调节立轴相对于三脚架的安装高度可调整。
4.如权利要求3所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述高度调节立轴顶端固定有托板，中央承载架滑轨于托板上方且相对于其可移动。
5.如权利要求1所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述中央承载架上还安装有照明装置，照明装置与电源模块电连接。
6.如权利要求5所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述电源模块包括第一电源控制单元以及与其独立设置的第二电源单元，第一电源控制单元用于对照明装置供电，第二电源单元用于对云台控制模块和相机同步控制器进行供电。
7.如权利要求5所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述照明装置的流明值大于3000。
8.如权利要求1所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述三轴电子云台的俯仰轴最大仰角行程45°，最大俯角行程90°。
9.如权利要求1所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述中央承载架上还安装有散热风扇。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的隧道倾斜摄影装置，其特征在于，所述数码相机为全画幅广角数码相机。
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