CN112964192A - 一种基于图像视频的工程测量在线标定方法及系统 - Google Patents

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胡运兵
康跃明
马代辉
刘文伍
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge

Abstract

本发明涉及工程测量技术领域，具体为一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，包括全站仪、控制点、摄影机、图像处理模块和空间构建模块；所述控制点用于定位边坡上的监测点的位置；所述全站仪用于测量各个控制点之间的位置关系；所述摄影机用于对边坡上的控制点进行拍摄；所述图像处理模块用于提取图像信息；所述空间构建模块用于构建控制点的三维空间坐标系。本方案基于数字化的图像处理技术，结合原有的亚像素定位技术，实现了对边坡的高精度监测。

Description

一种基于图像视频的工程测量在线标定方法及系统
技术领域
本发明涉及工程测量技术领域，具体为一种基于图像视频的工程测量在线标定方法及系统。
背景技术
在天然情况下，由于山体边坡的岩性及地质构造、地形外貌和水文及降雨情况等因素，边坡常常会发生各种各样的破坏，例如崩塌、滑坡以及由边坡失稳引起的边坡位移。这些边坡破坏的危害是极大的。当地形较陡、山体的岩土体比较松软、破碎，尤其是顺坡方向岩层裂缝较多的地方时，边坡很容易发生山体滑坡或山体崩塌等破坏，而这种情况不仅会造成一定范围内的人员伤亡、财产损失，还会对附近道路交通造成严重威胁。
为了防患于未然，在一些不适于人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合通常都采取了一些监测措施，目前针对边坡进行监测的方法多是设置监测点，通过分析监测点数据来监测边坡的位移变形、应力结构和地下渗流，这些方法均是在边坡内部埋置应变或传感装置，通过关计算机软件等辅助手段检测边坡的稳定性，都在不同程度上存在专业化程度高、成本高、精度低和危险性大等缺点。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于图像视频的工程测量在线标定方法及系统，以提供高精度的坡面情况监测。
本发明提供的基础方案：一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于，包括全站仪、控制点、摄影机、图像处理模块和空间构建模块；
所述控制点用于定位边坡上监测点的位置；所述全站仪用于测量各个控制点之间的位置关系；所述摄影机用于对边坡上的控制点进行图像拍摄；所述图像处理模块用于提取图像信息；所述空间构建模块用于构建边坡的三维空间坐标系。
本发明的原理及优点在于：本方案中通过在边坡上布设控制点，使用摄影机获取边坡上控制点的图片，然后通过图像处理模块提取图像信息并使用全站仪测量出各个控制点之间的位置关系，再根据提取的图像信息和各个控制点之间的位置关系来构建边坡的三维空间坐标系。本方案基于数字化的图像处理技术来实现边坡的高精度测量，只需使用摄影机从不同角度和不同位置来拍摄边坡上的控制点图像就能完成测量，不仅测量方便、耗时短，而且并不会随着控制点的增加而额外增加测量时间，在具备高精度测量的同时还实现了边坡监测设备的便携性。
进一步，所述图像处理模块还包括图像预处理模块和控制点处理模块；
所述图像预处理模块用于对边坡的图像进行降噪处理；
所述控制点处理模块用于提取出控制点参数。
有益效果：通过对图像进行降噪处理，减少提取控制点参数时来自数字图像中噪声的影响。
进一步，所述控制点处理模块还包括控制点识别模块和控制点提取模块；
所述控制点识别模块用于对控制点进行识别；
所述控制点提取模块用于提取出控制点参数，所述控制点参数包括控制点的形状、颜色、大小以及像点坐标。
有益效果：提取多个角度的控制点参数使得的测量更为全面。
进一步，所述空间构建模块包括参数读取模块和空间重构模块；
所述参数读取模块用于读取基准参数，所述基准参数包括各个控制点的像点坐标；
所述空间重构模块用于根据各个控制点的像点坐标重构三维空间坐标系并计算出每个控制点的坐标，所述三维空间坐标系的原点为全站仪所在位置。
有益效果：通过以全站仪为原点构建三维空间坐标使得每次测量后构建的坐标系原点位置保持一致。
进一步，还包括数据库；
所述数据库存储每次测量的图像数据和控制点的三维空间坐标。
有益效果：存储历史测量数据，便于用户对数据进行分析对比。
进一步，还包括位移分析模块；
所述位移分析模块用于根据数据库中的历史图像数据和控制点的三维空间坐标进行位移分析并生成位移分析结果。
有益效果：分析出控制点的位移情况来反映边坡监测点的振动情况，方便用户及时进行边坡的加固工作。
进一步，所述控制点采用方形对顶角标志。
有益效果：采用方形对顶角标志提高标志的定位精度。
进一步，所述摄影机采用高性能单反数码相机。
有益效果：选择单反数码相机保证了成像质量，具备较高的分辨率。
一种基于图像视频的工程测量在线标定方法，使用了上述任意一种基于图像视频的工程测量在线标定系统。
有益效果：本方案中通过在边坡上布设控制点，使用摄影机获取边坡上控制点的图片，然后通过图像处理模块提取图像信息并使用全站仪测量出各个控制点之间的位置关系，再根据提取的图像信息和各个控制点之间的位置关系来构建边坡的三维空间坐标想。本方案基于数字化的图像处理技术来实现边坡的高精度测量，只需使用摄影机从不同角度和不同位置来拍摄边坡上的控制点图像就能完成测量，不仅测量方便、耗时短，而且并不会随着控制点的增加而额外增加测量时间，在具备高精度测量的同时还实现了边坡监测设备的便携性。
附图说明
图1为本发明一种基于图像视频的工程测量在线标定方法及系统的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
具体实施过程如下：
实施例一
实施例基本如附图1所示，一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，包括全站仪、控制点、摄影机和服务器；所述服务器包括图像处理模块、数据库、位移分析模块和空间构建模块。
本方案中的控制点选择方形对顶角标志在标记监测点位置的同时提高标志的定位精度。摄影机选择佳能(Canon)EOS 850D单反数码相机以保证图像具备较高的分辨率。全站仪选择徕卡测量全站仪TS16，用于测量各个控制点之间的位置关系。
具体的，本方案在边坡上布设一定数量的方形对角标志作为控制点，然后定期进行测量，每次测量时使用数码相机在不同的位置和不同的角度对边坡上的方形对角标志进行拍摄，每次拍摄时可以只拍摄部分方形对角标志的图像，图像拍摄完后将图像上传至服务器。
服务器接收到图像后通过图像处理模块提取出图像信息，本方案中的图像处理模块包括图像预处理模块和控制点处理模块，图像预处理模块用于对边坡的图像进行降噪处理，控制点处理模块包括控制点识别模块和控制点提取模块，控制点识别模块用于对控制点进行识别，控制点提取模块用于提取出包括控制点的形状、颜色、大小以及像点坐标的控制点参数。
具体的，首先通过图像预处理模块对获取的边坡图像进行降噪处理，本方案中的降噪处理首先采用Sobel算子对图像二值化处理，主要包括监测图像的边缘，统计边缘上的像素；在这些边缘像素点上进行二值化阈值选择，对其它非边缘像素点采用常规二值化方法进行处理。
降噪处理后通过控制点识别模块识别出方形对顶角标志的中心点位置，再通过控制点提取模块提取出方形对角标志的形状、颜色、大小以及像点坐标，最后通过空间构建模块以全站仪所在位置为原点建立三维空间坐标系，本方案中的空间构建模块包括参数读取模块和空间重构模块，所述参数读取模块用于读取包括各个控制点的像点坐标在内的基准参数。所述空间重构模块用于根据各个控制点的像点坐标重构以全站仪所在位置为原点的三维空间坐标系并计算出每个控制点的坐标。
建立三维空间坐标系后再通过参数读取模块来读取各个方形对角标志的像点坐标，并通过空间重构模块根据光束法平差确定其在三维空间坐标系中的坐标，再将图像数据和控制点的三维空间坐标存入数据库中。在分析控制点位移情况时，根据控制点的历史三维空间坐标来通过位移分析模块对比实时的三维空间坐标，从而分析出控制点的位移情况。
实施例二
实施例二与实施例一的区别仅在于实施例二采用圆球标志作为控制点，所述圆球标志插入边坡的部分和未插入边坡的部分设置为不同颜色，本方案中插入边坡的部分设置为蓝色，未插入边坡的部分设置为银白色，当圆球标志本体发生位移时，圆球标志插入边坡内部的部分将会暴露出来，通过将圆球标志插入边坡的部分设置为不同的颜色可以帮助用户区分圆球标志本体是否发生位移，从而减少因圆球标志本体发生位移对边坡位移分析产生的影响。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于，包括全站仪、控制点、摄影机、图像处理模块和空间构建模块；
所述控制点用于定位边坡上监测点的位置；所述全站仪用于测量各个控制点之间的位置关系；所述摄影机用于对边坡上的控制点进行图像拍摄；所述图像处理模块用于提取图像信息；所述空间构建模块用于构建边坡的三维空间坐标系。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于：所述图像处理模块还包括图像预处理模块和控制点处理模块；
所述图像预处理模块用于对边坡的图像进行降噪处理；
所述控制点处理模块用于提取出控制点参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于：所述控制点处理模块还包括控制点识别模块和控制点提取模块；
所述控制点识别模块用于对控制点进行识别；
所述控制点提取模块用于提取出控制点参数，所述控制点参数包括控制点的形状、颜色、大小以及像点坐标。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于：所述空间构建模块包括参数读取模块和空间重构模块；
所述参数读取模块用于读取基准参数，所述基准参数包括各个控制点的像点坐标；
所述空间重构模块用于根据控制点的位置信息重构三维空间坐标系并计算出每个控制点的坐标，所述三维空间坐标系的原点为全站仪所在位置。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于：还包括数据库；
所述数据库存储每次测量的图像数据和控制点的三维空间坐标。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于：还包括位移分析模块；
所述位移分析模块用于根据数据库中的历史图像数据和控制点的三维空间坐标进行位移分析并生成位移分析结果。
7.根据权利要求1所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于：所述控制点采用方形对顶角标志。
8.根据权利要求2所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统，其特征在于：所述摄影机采用高性能单反数码相机。
9.一种基于图像视频的工程测量在线标定方法，其特征在于：使用了上述权利要求1-8的任一项所述的一种基于图像视频的工程测量在线标定系统。
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