CN116929311A - 变焦成像的断面变形监测方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种变焦成像的断面变形监测方法、装置、系统及存储介质，涉及勘测技术领域。该方法包括：根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，其中，第一成像仪器的拍摄角度固定；获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像，断面图像包括安装于监测断面上的多个监测靶标的图像；根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量。解决了定焦成像仪器不能调整焦距，无法拍摄安装于远距离或近距离的断面上的靶标的问题。

Description

变焦成像的断面变形监测方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本申请涉及勘测领域，尤其涉及一种变焦成像的断面变形监测方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

目前，断面变形监测主要依赖于机器视觉技术，即通过定焦成像仪器拍摄断面得到断面图像，根据断面图像中安装于该断面上的多个靶标的图像，分别确定每个靶标的偏移量，进而确定该断面的变形量。

然而，定焦成像仪器不能调整焦距，无法拍摄安装于远距离或近距离的断面上的靶标。定焦成像仪器在拍摄安装于远距离的断面上的靶标时，图像上的靶标不够清晰；在拍摄安装于近距离的断面上的靶标时，图像无法覆盖断面上的全部靶标。

发明内容

本申请提供一种变焦成像的断面变形监测方法、装置、系统及存储介质，用以解决定焦成像仪器不能调整焦距，无法拍摄安装于远距离或近距离的断面上的靶标的问题。

第一方面，本申请提供一种变焦成像的断面变形监测方法，该方法包括：

根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，其中，第一成像仪器的拍摄角度固定；

获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像，断面图像包括安装于监测断面上的多个监测靶标的图像；

根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；

根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量。

在一种可能的设计中，每个监测靶标上均标注有靶标中心；

根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量，包括：

根据断面图像，分别确定每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，第一比例是指对应的监测靶标的像素数与断面图像的像素数的比例，第一坐标是指对应的靶标中心在二维坐标系中的坐标；

分别根据每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，确定对应的监测靶标的偏移量。

在一种可能的设计中，分别根据每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，确定对应的监测靶标的偏移量，包括：

获取每个监测靶标对应的第二比例和第二坐标，第二比例是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的监测靶标的像素数与断面图像的像素数的比例，第二坐标是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的靶标中心在二维坐标系中的坐标；

分别根据每个监测靶标对应的第一比例和第二比例，确定对应的监测靶标的轴向偏移，并分别根据每个监测靶标对应的第一坐标和第二坐标，确定对应的监测靶标的水平偏移和竖直偏移；

分别根据每个监测靶标对应的轴向偏移、水平偏移和竖直偏移，确定对应的监测靶标的偏移量。

在一种可能的设计中，安装于监测断面上的多个监测靶标呈拱形布置；

断面图像包括多个第一像素区域、第二像素区域、第三像素区域和第四像素区域，其中，第一像素区域是指拱形区域中监测靶标的像素区域，第二像素区域是指拱形区域的内部的像素区域，第三像素区域是指拱形区域的外部的像素区域，第四像素区域是指拱形区域中除监测靶标之外的像素区域；

根据断面图像，分别确定每个监测靶标对应的第一比例，包括：

对断面图像进行内切、外切和环切，得到遮盖图像，遮盖图像包括多个第一像素区域，其中，内切用于遮盖第二像素区域，外切用于遮盖第三像素区域，环切用于遮盖第四像素区域；

在遮盖图像中，分别确定每个第一像素区域的像素数；

根据每个第一像素区域的像素数，以及断面图像的像素数，分别确定每个监测靶标对应的第一比例。

在一种可能的设计中，每个监测靶标上均标注有指示图像，指示图像用于指示对应的监测靶标所在的断面；

根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量之前，该方法还包括：

获取每个监测靶标的指示图像；

在任意一个指示图像指示对应的监测靶标所在的断面不是监测断面时，确定对应的监测靶标发生偏移。

在一种可能的设计中，获取每个监测靶标的指示图像，包括：

获取第二成像仪器拍摄监测靶标得到的每个监测靶标的指示图像，其中，第二成像仪器可调整拍摄角度。

在一种可能的设计中，第一成像仪器拍摄多个断面，监测断面是多个断面中的任意一个；

根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，包括：

从多个断面中确定监测断面；

根据预设的监测断面与距离的对应关系，确定第一成像仪器和监测断面之间的距离；

根据预设的距离与焦距的对应关系，确定距离对应的目标焦距；

调整第一成像仪器的焦距为目标焦距。

第二方面，本申请提供一种变焦成像的断面变形监测装置，包括：

焦距调整模块，用于根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，其中，第一成像仪器的拍摄角度固定；

图像获取模块，用于获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像，断面图像包括安装于监测断面上的多个监测靶标的图像；

偏移确定模块，用于根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；

变形确定模块，用于根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量。

第三方面，本申请提供一种变焦成像的断面变形监测系统，包括：

第一成像仪器，用于拍摄监测断面，得到断面图像；

第二成像仪器，用于拍摄监测靶标，得到每个监测靶标的指示图像；

断面变形监测装置，用于实现第一方面发明内容的变焦成像的断面变形监测方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时，用于实现第一方面发明内容的变焦成像的断面变形监测方法。

第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时，用于实现第一方面发明内容的变焦成像的断面变形监测方法。

本申请提供的一种变焦成像的断面变形监测方法、装置、系统及存储介质，根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距；获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像；根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量。实现了如下技术效果：将定焦成像仪器替换为可以调整焦距的第一成像仪器，断面变形监测装置根据第一成像仪器与监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，解决了定焦成像仪器不能调整焦距，无法拍摄安装于远距离或近距离的断面上的靶标的问题；在第一成像仪器与断面之间的距离较远时，断面变形监测装置增大第一成像仪器的焦距，解决了靶标容易受到隧道活塞风或车辆碰撞等因素影响的问题，进而解决了需要人工调整靶标的位置和角度，或者，通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，增加了工作难度和误差累计的问题；在第一成像仪器和断面之间的距离较近时，断面变形监测装置降低第一成像仪器的焦距，解决了通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，不仅增加了设备成本和维护难度，还增加了数据处理和校准的复杂度的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的系统架构示意图；

图2为本申请实施例提供的监测靶标的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的断面变形监测系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的流程示意图一；

图5为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的流程示意图二；

图6为本申请实施例提供的断面图像处理的原理示意图；

图7为本申请实施例提供的确定遮盖图像的原理示意图；

图8为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的流程示意图三；

图9为本申请实施例提供的断面变形监测装置的结构示意图。

附图标记：

110-监测断面；120-监测靶标；121-靶标中心；122-二维码；130-断面变形监测装置；131-焦距调整模块；132-图像获取模块；133-偏移确定模块；134-变形确定模块；140-第一成像仪器；141-变焦镜头；142-图像传感器；150-第二成像仪器；160-数据传输线。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。需要说明的是，本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。

需要说明的是，本申请实施例中的“在……时”，可以为在某种情况发生的瞬时，也可以为在某种情况发生后的一段时间内，本申请实施例对此不作具体限定。此外，本申请实施例提供的一种变焦成像的断面变形监测方法仅作为示例，变焦成像的断面变形监测方法还可以包括更多或更少的内容。

隧道内包括多个断面，每个断面上均安装有多个靶标。确定隧道的变形量，需要确定该隧道中每个断面的变形量；确定每个断面的变形量，需要确定任意一个断面中每个靶标的偏移量。确定不同断面的变形量的方法彼此相同，这里就确定任意一个断面的变形量的方法进行详细说明。现有技术中，确定断面的变形量的步骤为：

首先，定焦成像仪器拍摄断面得到断面图像，断面图像包括安装于断面上的多个靶标的图像；

其次，数据处理模块根据断面图像，分别确定每个靶标的偏移量；

最后，数据处理模块根据每个靶标的偏移量，确定断面的变形量。

然而，通过这种方法确定断面的变形量存在以下问题：

首先，定焦成像仪器和断面之间的距离较远时，由于定焦成像仪器不能调整焦距，导致拍摄的断面图像不够清晰。为了使断面图像足够清晰，需要增大靶标的尺寸。但这样会进一步地占用隧道空间，不仅导致靶标容易受到隧道活塞风或车辆碰撞等因素的影响，进而导致靶标损坏或图像质量下降；还会导致不同断面的靶标彼此遮挡，进而需要人工调整靶标的位置和角度，或者，通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，增加了工作难度和误差累计。

其次，定焦成像仪器和断面之间的距离较近时，由于定焦成像仪器不能调整焦距，导致拍摄到的图像无法覆盖断面上的全部靶标。为了同时拍摄到全部靶标，通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，这样不仅增加了设备成本和维护难度，还增加了数据处理和校准的复杂度。

基于此，本申请实施例提供一种变焦成像的断面变形监测方法、装置、系统及存储介质，可用于勘测技术领域，旨在解决现有技术的定焦成像仪器不能调整焦距，无法拍摄安装于远距离或近距离的断面上的靶标的问题。

图1为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的系统架构示意图。需要注意的是，图1所示仅为可以应用本申请实施例的系统架构的示例，以帮助本领域技术人员理解本申请的技术内容，但并不意味着本申请实施例不可以用于其他设备、系统、环境或场景。

如图1所示，示出了一种变焦成像的断面变形监测方法的系统架构，需要注意的是，本实施例的应用场景可以是如图1所示的隧道内的断面变形监测，还可以是其他未指出的应用场景，例如边坡、河道或道路的断面的变形监测。该系统架构包括：监测断面110、多个监测靶标120、断面变形监测装置130、第一成像仪器140和第二成像仪器150。多个监测靶标120安装在监测断面110上，第一成像仪器140拍摄监测断面110，第二成像仪器150拍摄每个监测靶标120，第一成像仪器140和第二成像仪器150分别与断面变形监测装置130通信连接，其中，第一成像仪器140、第二成像仪器150和断面变形监测装置130共同组成了断面变形监测系统。

在本申请实施例中，监测断面110是多个断面中的任意一个，即第一成像仪器140正在拍摄的断面。在隧道内，断面是按照距离关系预先选定的，相邻断面间的距离可以相同，也可以不相同，还可以部分相同，部分不相同，相邻断面间的距离可以是5米、8米或10米等。

监测靶标120是安装于监测断面110上的靶标，安装于监测断面110上的多个监测靶标120呈拱形布置，每个监测靶标120和监测断面110均外接。

监测靶标120的几何形状可以是圆形、正方形或其他几何形状，监测靶标120安装在监测断面110上的方式可以是螺纹式安装、插入式安装或粘连式安装等。每个监测靶标120上均标注有靶标中心和指示图像，靶标中心可以是点、圆或其他几何图像，指示图像用于指示对应的监测靶标所在的断面，指示图像可以是二维码图像、文本图像或其他指示图像。

图2为本申请实施例提供的监测靶标的结构示意图。如图2所示，监测靶标120设计为圆形，其上标注有实心点样式的靶标中心121，以及存储监测靶标所在的断面信息的二维码122。

第一成像仪器140是一种拍摄角度固定的变焦成像仪器。第一成像仪器140用于拍摄监测断面110，得到断面图像。第一成像仪器140的变焦方式可以是光学变焦、数字变焦或其他变焦方式。

第二成像仪器150是一种可调整拍摄角度的变焦成像仪器。第二成像仪器150用于拍摄监测靶标120，得到每个监测靶标120的指示图像。第二成像仪器150的变焦方式可以是光学变焦、数字变焦或其他变焦方式，拍摄角度调整方式可以是机械调整、电动调整或其他调整方式。

断面变形监测装置130是一种数据处理装置，断面变形监测装置130用于根据第一成像仪器140与监测断面110之间的距离，调整监测断面110的焦距，还用于根据断面图像和每个监测靶标120的指示图像，确定每个监测靶标120的偏移量，进而确定监测断面110的变形量。断面变形监测装置130可以是硬件，也可以是从功能上划分的软件，还可以是以上二者结合后的结构。断面变形监测装置130利用图像处理函数库处理断面图像和多个指示图像，图像处理函数库是一种跨平台的开源或非开源的数据库，可以适用不同的计算机操作系统。

图3为本申请实施例提供的断面变形监测系统的结构示意图。如图3所示，第一成像仪器140包括变焦镜头141和图像传感器142，变焦镜头141用于拍摄监测断面110，图像传感器142用于识别靶标中心的坐标。图像传感器142可以是电荷耦合器件图像传感器（Charge Coupled Device，CCD），具有高灵敏度、宽光谱范围、低噪声、高分辨率和宽动态范围等优点，通过图像传感器142，可以精确识别靶标中心的坐标。

第一成像仪器140、第二成像仪器150分别与断面变形监测装置130通过数据传输线160连接，数据传输线160用于传输由断面变形监测装置130发送至第一成像仪器140的焦距调整信息，还用于传输由第一成像仪器140发送至断面变形监测装置130的断面图像信息，还用于传输由第二成像仪器150发送至断面变形监测装置130的指示图像信息。数据传输线160可以是通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）、多媒体接口数据线（High-Definition Multimedia Interface，HDMI）或以太网数据线（Ethernet）等。

除了图中给出的有线通信连接方式之外，第一成像仪器140、第二成像仪器150还可以分别与断面变形监测装置130无线通信连接，无线通信连接可以通过第四代移动通信技术（4th generation mobile communication technology，4G）网络、第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）网络或移动热点（WiFi）等。

图4为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的流程示意图一。如图4所示，该方法包括：

S101、根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距；

具体来说，第一成像仪器和监测断面的位置固定，因此二者之间的距离固定。断面变形监测装置根据二者之间的距离调整第一成像仪器的焦距，在二者之间的距离较大时增大焦距，在二者之间的距离较小时减小焦距，可以使第一成像仪器完整的拍摄监测断面，还可以使监测断面的像素占比最大。

断面变形监测装置可以根据二者之间的距离，实时计算该距离对应的焦距，还可以根据预设的对应关系，确定该距离对应的焦距，以此调整第一成像仪器的焦距。

S102、获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像，断面图像包括安装于监测断面上的多个监测靶标的图像；

具体来说，第一成像仪器焦距调整完成后，拍摄监测断面，得到断面图像；断面变形监测装置从第一成像仪器获取断面图像，以获取断面图像中监测靶标的图像。

S103、根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；

具体来说，断面变形监测装置根据断面图像中每个监测靶标的图像，确定每个监测靶标的偏移量。确定监测靶标的偏移量，可以通过三维坐标系中，监测靶标当前的位置信息，相对于没有偏移时的位置信息确定，偏移量在三维坐标系中的投影，包括水平偏移、竖直偏移/>和轴向偏移/>。水平偏移/>是指投影至三维坐标系中x轴的偏移，其中，x轴水平布置，与断面的轴向方向垂直；竖直偏移/>是指投影至三维坐标系中y轴的偏移，其中，y轴竖直布置，与断面的轴向方向垂直；轴向偏移/>即投影至三维坐标系中z轴的偏移，其中，z轴沿断面的轴向方向布置。

S104、根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量；

具体来说，断面变形监测装置根据每个监测靶标的偏移量，通过预存的算法，确定监测断面的变形量。预存的算法，可以是建立监测断面的整体坐标图，以此确定监测断面的变形量，也可以是根据预先设定的偏移量与变形量的对应关系，确定监测断面的变形量，还可以是现有的其他算法，本实施例不做限定。

需要注意的是，隧道内安置有多个第一成像仪器，每个第一成像仪器拍摄多个断面，其中，监测断面是任意一个成像仪器拍摄的任意一个断面。

在第一成像仪器和断面之间的距离较远时，断面变形监测装置增大第一成像仪器的焦距，以增大断面图像中多个监测靶标的像素占比，因此不需要增大靶标的尺寸即可使拍摄的断面图像足够清晰，降低了隧道空间的占用，解决了靶标容易受到隧道活塞风或车辆碰撞等因素影响的问题，进而解决了需要人工调整靶标的位置和角度，或者，通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，增加了工作难度和误差累计的问题。

在第一成像仪器和断面之间的距离较近时，断面变形监测装置降低第一成像仪器的焦距，以拍摄完整的监测断面，解决了通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，不仅增加了设备成本和维护难度，还增加了数据处理和校准的复杂度的问题。

在一些应用场景中，可以根据断面图像中多个监测靶标的像素占比以及后期处理情况，对于不同距离的断面上安装的靶标的尺寸进行定制。距离较近的断面上可以安装尺寸更小的靶标，距离较远的断面上可以安装尺寸更大的靶标，以进一步地降低远距离断面上安装的靶标的隧道空间的占用。

本实施例提供的一种变焦成像的断面变形监测方法，根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距；获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像；根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量。实现了如下技术效果：将定焦成像仪器替换为可以调整焦距的第一成像仪器，断面变形监测装置根据第一成像仪器与监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，解决了定焦成像仪器不能调整焦距，无法拍摄安装于远距离或近距离的断面上的靶标的问题；在第一成像仪器与断面之间的距离较远时，断面变形监测装置增大第一成像仪器的焦距，解决了靶标容易受到隧道活塞风或车辆碰撞等因素影响的问题，进而解决了需要人工调整靶标的位置和角度，或者，通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，增加了工作难度和误差累计的问题；在第一成像仪器和断面之间的距离较近时，断面变形监测装置降低第一成像仪器的焦距，解决了通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，不仅增加了设备成本和维护难度，还增加了数据处理和校准的复杂度的问题。

图5为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的流程示意图二。如图5所示，本实施例在图4实施例的基础上，对断面变形监测方法进行详细说明，本实施例提供的一种变焦成像的断面变形监测方法，包括：

S201、根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距；

S202、获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像，断面图像包括安装于监测断面上的多个监测靶标的图像；

S201-S202与S101-S102类似，本实施例不再赘述。

S203、获取第二成像仪器拍摄监测靶标得到的每个监测靶标的指示图像；

在任意一个指示图像指示对应的监测靶标所在的断面不是监测断面时，确定对应的监测靶标发生偏移；

具体来说，由于隧道活塞风或车辆碰撞等因素的影响，导致其他断面上安装的靶标发生偏移，进而导致在断面图像上，将其他断面上安装的靶标作为监测靶标，从而导致监测断面的变形量计算错误。因此需要确定监测靶标所在的断面是否是监测断面，本实施例给出了一种通过指示图像确定监测靶标所在的断面是否是监测断面的方法，即在每个监测靶标上均标注指示图像，指示图像用于指示对应的监测靶标所在的断面，通过指示图像即可确定监测靶标所在的断面是否是监测断面。

本实施例中，指示图像选择二维码图像，二维码图像中存储有对应的监测靶标所在的断面的信息。断面变形监测装置根据断面图像确定多个监测靶标后，控制第二成像仪器拍摄每个监测靶标的指示图像。例如，拍摄图2中的监测靶标的二维码图像，得到信息：断面位置，靶标坐标。断面变形监测装置以此确定监测靶标所在的断面。

第二成像仪器拍摄每个监测靶标的二维码图像，由于第二成像仪器可调整拍摄角度，因此其可以逐一拍摄每个监测靶标的二维码图像，也可以一次拍摄全部监测靶标的二维码图像，还可以按照预设的规则，一次拍摄多个监测靶标的二维码图像。之后，第二成像仪器将拍摄到的每个监测靶标的二维码图像发送至断面变形监测装置，以便于断面变形监测装置根据每个监测靶标的二维码确定每个监测靶标所在的断面。

需要注意的是，断面变形监测装置也可以控制第一成像仪器拍摄每个监测靶标的指示图像，其原理与控制第二成像仪器拍摄每个监测靶标的指示图像相似，本实施例不再赘述。

断面变形监测装置逐一解析每个监测靶标的二维码图像，从二维码中确定对应的监测靶标所在的断面，并判断对应的监测靶标所在的断面是否是监测断面。

在所有二维码图像均指示对应的监测靶标所在的断面是监测断面时，可以通过多个监测靶标的偏移量确定监测断面的偏移量，即继续执行S204；在任意一个二维码指示对应的监测靶标所在的断面不是监测断面时，说明对应的监测靶标发生偏移，不能通过多个监测靶标的偏移量确定监测断面的偏移量，需要对监测靶标进行人工修正，以使其恢复未偏移的位置。

S204、对断面图像进行内切、外切和环切，得到遮盖图像，遮盖图像包括多个第一像素区域；

具体来说，图6为本申请实施例提供的断面图像处理的原理示意图。如图6所示，在图5的基础上，对断面图像处理进行详细说明。断面图像中安装于监测断面上的多个监测靶标呈拱形布置。断面图像包括多个第一像素区域、第二像素区域、第三像素区域和第四像素区域，其中，第一像素区域是指拱形区域中监测靶标的像素区域，第二像素区域是指拱形区域的内部的像素区域，第三像素区域是指拱形区域的外部的像素区域，第四像素区域是指拱形区域中除监测靶标之外的像素区域。

首先，对断面图像进行内切，内切用于遮盖第二像素区域（如图6的第一步的处理）；其次，对断面图像进行外切，外切用于遮盖第三像素区域（如图6的第二步的处理）；最后，对断面图像进行环切，环切用于遮盖第四像素区域（如图6的第三步的处理）。断面变形监测装置处理断面图像获得的遮盖图像，只包括多个第一像素区域。

图7为本申请实施例提供的确定遮盖图像的原理示意图。如图7所示，在图5和图6的基础上，对确定遮盖图像进行详细说明。确定遮盖图像包括：

S2041、特征监测和提取；即在断面图像中，监测和提取第一像素区域、第二像素区域、第三像素区域和第四像素区域的特征。

S2042、特征匹配；即匹配各个像素区域的特征。

S2043、对象检测；即监测出第一像素区域。

S2044、边缘监测和分割；即进一步监测出第一像素区域的边缘，并通过内切、外切和环切对第一像素区域进行分割。

S2045、图像增强；即对切割后的图像进行增强，增加其清晰度。

S2046、图像滤波和去噪；即对增强后的图像进行滤波和去噪，进一步增强其清晰度。

S2047、特向转换；即对滤波和去噪后的图像进行转换，得到遮盖图像。

S205、在遮盖图像中，分别确定每个第一像素区域的像素数；

具体来说，不同位置的监测靶标在CCD中的投影不同，导致其在遮盖图像中的像素数不同，因此需要分别确定每个第一像素区域的像素数。

需要注意的是，断面变形监测装置也可以直接从断面图像中确定每个第一像素区域的像素数，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

S206、根据每个第一像素区域的像素数，以及断面图像的像素数，分别确定每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标；

具体来说，每个监测靶标上均标注有靶标中心，本实施例中，靶标中心选择点。根据断面图像，确定第i个监测靶标的第一比例和第一坐标/>，其中，第一比例是指对应的监测靶标的像素数与断面图像的像素数的比例，第一坐标/>是指对应的靶标中心在二维坐标系中的坐标，靶标中心的坐标由是CCD确定的。

S207、获取每个监测靶标对应的第二比例和第二坐标；

具体来说，第i个监测靶标的第二比例是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的监测靶标的像素数与断面图像的像素数的比例；第i个监测靶标的第二坐标/>是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的靶标中心在二维坐标系中的坐标。

S208、分别根据每个监测靶标对应的第一比例和第二比例，确定对应的监测靶标的轴向偏移，并分别根据每个监测靶标对应的第一坐标和第二坐标，确定对应的监测靶标的水平偏移和竖直偏移；

具体来说，根据第一比例和第二比例/>，确定第i个监测靶标的轴向偏移/>，其中/>，k为预设的数值。

根据第一坐标和第二坐标/>，确定第i个监测靶标的水平偏移和竖直偏移/>，其中/>。

S209、分别根据每个监测靶标对应的轴向偏移、水平偏移和竖直偏移，确定对应的监测靶标的偏移量；

具体来说，根据轴向偏移、水平偏移/>和竖直偏移/>，确定第i个监测靶标的偏移量/>，其中/>。

S210、根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量；

S210与S104类似，本实施例不再赘述。

在一种可能的设计中，图8为本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测方法的流程示意图三。如图8所示，本实施例在图5实施例的基础上，对S201进行详细说明，S201、根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，包括：

S301、从多个断面中确定监测断面；

具体来说，第一成像仪器和断面的位置固定，因此第一成像仪器和每个断面之间的距离固定，确定每个断面对应的焦距的方法彼此相同，这里就第一成像仪器和监测断面之间的距离确定进行详细说明。

S302、根据预设的监测断面与距离的对应关系，确定第一成像仪器和监测断面之间的距离；

具体来说，第一成像仪器和靶标安装完成后，测量第一成像仪器和监测断面之间的距离，测量工具可以是全站仪、激光测距仪或皮尺等。

存储上述距离，生成监测断面与距离的对应关系，在需要确定监测断面对应的焦距时，根据上述对应关系，确定二者之间的距离。

S303、根据预设的距离与焦距的对应关系，确定距离对应的目标焦距；

具体来说，断面变形监测装置根据上述具体，预先确定第一成像仪器的目标焦距，目标焦距是指第一成像仪器拍摄监测断面时，断面图像中监测靶标的像素占比最大。

存储上述目标焦距，生成距离与焦距的对应关系，在需要确定监测断面对应的焦距时，根据上述对应关系，确定第一成像仪器的目标焦距。

S304、调整第一成像仪器的焦距为目标焦距；

具体来说，断面变形监测装置控制第一成像仪器拍摄监测断面时，调整第一成像仪器的焦距为目标焦距，以使拍摄的断面图像中监测靶标的像素占比最大，进而在透视关系下，有效地消除其他断面的靶标的干扰，从而提高监测靶标的偏移量计算的准确率。

本实施例提供的一种变焦成像的断面变形监测方法，根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距；获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像；根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量。实现了如下技术效果：将定焦成像仪器替换为可以调整焦距的第一成像仪器，断面变形监测装置根据第一成像仪器与监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，解决了定焦成像仪器不能调整焦距，无法拍摄安装于远距离或近距离的断面上的靶标的问题；在第一成像仪器与断面之间的距离较远时，断面变形监测装置增大第一成像仪器的焦距，解决了靶标容易受到隧道活塞风或车辆碰撞等因素影响的问题，进而解决了需要人工调整靶标的位置和角度，或者，通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，增加了工作难度和误差累计的问题；在第一成像仪器和断面之间的距离较近时，断面变形监测装置降低第一成像仪器的焦距，解决了通过多个定焦成像仪器从不同角度拍摄断面，不仅增加了设备成本和维护难度，还增加了数据处理和校准的复杂度的问题；通过第二成像仪器拍摄监测靶标，得到每个监测靶标的指示图像，进而根据指示图像确定对应的监测靶标所在的断面是不是监测断面，解决了断面图像上将其他断面的靶标作为监测靶标，导致监测断面变形量计算错误的问题；对断面图像进行内切、外切和环切，得到遮盖图像，进而在遮盖图像中分别确定每个监测靶标的轴向偏移、水平偏移和竖直偏移，从而分别确定每个监测靶标的偏移量，提高了监测靶标偏移量计算的准确性，进而提高了监测断面变形量计算的准确性；通过监测断面与焦距的对应关系，在确定监测断面后即可确定对应的第一成像仪器的焦距，提高了监测断面变形量计算的效率。

本发明实施例可以根据上述方法示例对电子设备或主控设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

图9为本申请实施例提供的断面变形监测装置的结构示意图。如图9所示，本申请实施例提供的变焦成像的断面变形监测装置130，包括：焦距调整模块131、图像获取模块132、偏移确定模块133和变形确定模块134；

焦距调整模块131，用于根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整第一成像仪器的焦距，其中，第一成像仪器的拍摄角度固定；

图像获取模块132，用于获取第一成像仪器拍摄监测断面得到的断面图像，断面图像包括安装于监测断面上的多个监测靶标的图像；

偏移确定模块133，用于根据断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；

变形确定模块134，用于根据每个监测靶标的偏移量，确定监测断面的变形量。

在一种可能的设计中，每个监测靶标上均标注有靶标中心；

偏移确定模块133，包括：

第一参数获取模块，用于根据断面图像，分别确定每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，第一比例是指对应的监测靶标的像素数与断面图像的像素数的比例，第一坐标是指对应的靶标中心在二维坐标系中的坐标；

偏移第一确定模块，用于分别根据每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，确定对应的监测靶标的偏移量。

在一种可能的设计中，偏移第一确定模块，包括：

第二参数获取模块，用于获取每个监测靶标对应的第二比例和第二坐标，第二比例是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的监测靶标的像素数与断面图像的像素数的比例，第二坐标是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的靶标中心在二维坐标系中的坐标；

偏移第二确定模块，用于分别根据每个监测靶标对应的第一比例和第二比例，确定对应的监测靶标的轴向偏移，并分别根据每个监测靶标对应的第一坐标和第二坐标，确定对应的监测靶标的水平偏移和竖直偏移；

偏移第三确定模块，用于分别根据每个监测靶标对应的轴向偏移、水平偏移和竖直偏移，确定对应的监测靶标的偏移量。

在一种可能的设计中，安装于监测断面上的多个监测靶标呈拱形布置；

断面图像包括多个第一像素区域、第二像素区域、第三像素区域和第四像素区域，其中，第一像素区域是指拱形区域中监测靶标的像素区域，第二像素区域是指拱形区域的内部的像素区域，第三像素区域是指拱形区域的外部的像素区域，第四像素区域是指拱形区域中除监测靶标之外的像素区域；

第一参数获取模块，包括：

图像遮盖模块，用于对断面图像进行内切、外切和环切，得到遮盖图像，遮盖图像包括多个第一像素区域，其中，内切用于遮盖第二像素区域，外切用于遮盖第三像素区域，环切用于遮盖第四像素区域；

像素确定模块，用于在遮盖图像中，分别确定每个第一像素区域的像素数；

第一参数确定模块，用于根据每个第一像素区域的像素数，以及断面图像的像素数，分别确定每个监测靶标对应的第一比例。

在一种可能的设计中，每个监测靶标上均标注有指示图像，指示图像用于指示对应的监测靶标所在的断面；

断面变形监测装置130，还包括：

指示图像获取模块，用于获取每个监测靶标的指示图像；

指示图像处理模块，用于在任意一个指示图像指示对应的监测靶标所在的断面不是监测断面时，确定对应的监测靶标发生偏移。

在一种可能的设计中，图像获取模块132还用于获取第二成像仪器拍摄监测靶标得到的每个监测靶标的指示图像，其中，第二成像仪器可调整拍摄角度。

在一种可能的设计中，第一成像仪器拍摄多个断面，监测断面是多个断面中的任意一个；

焦距调整模块131，包括：

监测断面确定模块，用于从多个断面中确定监测断面；

第一对应关系模块，用于根据预设的监测断面与距离的对应关系，确定第一成像仪器和监测断面之间的距离；

第二对应关系模块，用于根据预设的距离与焦距的对应关系，确定距离对应的目标焦距；

焦距调整执行模块，用于调整第一成像仪器的焦距为目标焦距。

本实施例提供的一种变焦成像的断面变形监测装置，可执行上述实施例的一种变焦成像的断面变形监测方法，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

在图3的断面变形监测系统的结构示意图的基础上，对变焦成像的断面变形监测系统进行详细说明。如图3所示，断面变形监测系统包括：第一成像仪器140、第二成像仪器150和断面变形监测装置130；

第一成像仪器140，用于拍摄监测断面，得到断面图像；

第二成像仪器150，用于拍摄监测靶标，得到每个监测靶标的指示图像；

断面变形监测装置130，用于实现上述实施例的一种变焦成像的断面变形监测方法，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时，用于实现上述实施例的一种变焦成像的断面变形监测方法。其中，在前述的变焦成像的断面变形监测装置的具体实现中，各模块可以被实现为处理器

上述可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储器（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

一种示例性的可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路（Application Specific IntegratedCircuits，ASIC）中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。

本申请还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时，用于实现上述实施例的一种变焦成像的断面变形监测方法。

计算机程序存储在可读存储介质中，至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序以执行上述任一实施例提供的方案。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种变焦成像的断面变形监测方法，其特征在于，所述方法包括：

根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整所述第一成像仪器的焦距，其中，所述第一成像仪器的拍摄角度固定；

获取所述第一成像仪器拍摄所述监测断面得到的断面图像，所述断面图像包括安装于所述监测断面上的多个监测靶标的图像；

根据所述断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；

根据所述每个监测靶标的偏移量，确定所述监测断面的变形量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个监测靶标上均标注有靶标中心；

所述根据所述断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量，包括：

根据所述断面图像，分别确定每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，所述第一比例是指对应的监测靶标的像素数与断面图像的像素数的比例，所述第一坐标是指对应的靶标中心在二维坐标系中的坐标；

分别根据所述每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，确定对应的监测靶标的偏移量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别根据所述每个监测靶标对应的第一比例和第一坐标，确定对应的监测靶标的偏移量，包括：

获取每个监测靶标对应的第二比例和第二坐标，所述第二比例是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的监测靶标的像素数与所述断面图像的像素数的比例，所述第二坐标是指对应的监测靶标没有偏移时，对应的靶标中心在所述二维坐标系中的坐标；

分别根据每个监测靶标对应的第一比例和第二比例，确定对应的监测靶标的轴向偏移，并分别根据每个监测靶标对应的第一坐标和第二坐标，确定对应的监测靶标的水平偏移和竖直偏移；

分别根据每个监测靶标对应的轴向偏移、水平偏移和竖直偏移，确定对应的监测靶标的偏移量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述安装于所述监测断面上的多个监测靶标呈拱形布置；

所述断面图像包括多个第一像素区域、第二像素区域、第三像素区域和第四像素区域，其中，所述第一像素区域是指拱形区域中监测靶标的像素区域，所述第二像素区域是指所述拱形区域的内部的像素区域，所述第三像素区域是指所述拱形区域的外部的像素区域，所述第四像素区域是指所述拱形区域中除所述监测靶标之外的像素区域；

所述根据所述断面图像，分别确定每个监测靶标对应的第一比例，包括：

对所述断面图像进行内切、外切和环切，得到遮盖图像，所述遮盖图像包括所述多个第一像素区域，其中，所述内切用于遮盖所述第二像素区域，所述外切用于遮盖所述第三像素区域，所述环切用于遮盖所述第四像素区域；

在所述遮盖图像中，分别确定每个第一像素区域的像素数；

根据所述每个第一像素区域的像素数，以及所述断面图像的像素数，分别确定所述每个监测靶标对应的第一比例。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，每个监测靶标上均标注有指示图像，所述指示图像用于指示对应的监测靶标所在的断面；

所述根据所述断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量之前，所述方法还包括：

获取每个监测靶标的指示图像；

在任意一个指示图像指示对应的监测靶标所在的断面不是所述监测断面时，确定对应的监测靶标发生偏移。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取每个监测靶标的指示图像，包括：

获取第二成像仪器拍摄监测靶标得到的所述每个监测靶标的指示图像，其中，所述第二成像仪器可调整拍摄角度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一成像仪器拍摄多个断面，所述监测断面是所述多个断面中的任意一个；

所述根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整所述第一成像仪器的焦距，包括：

从所述多个断面中确定所述监测断面；

根据预设的监测断面与距离的对应关系，确定所述第一成像仪器和监测断面之间的距离；

根据预设的距离与焦距的对应关系，确定所述距离对应的目标焦距；

调整所述第一成像仪器的焦距为所述目标焦距。

8.一种变焦成像的断面变形监测装置，其特征在于，所述装置包括：

焦距调整模块，用于根据第一成像仪器和监测断面之间的距离，调整所述第一成像仪器的焦距，其中，所述第一成像仪器的拍摄角度固定；

图像获取模块，用于获取所述第一成像仪器拍摄所述监测断面得到的断面图像，所述断面图像包括安装于所述监测断面上的多个监测靶标的图像；

偏移确定模块，用于根据所述断面图像，分别确定每个监测靶标的偏移量；

变形确定模块，用于根据所述每个监测靶标的偏移量，确定所述监测断面的变形量。

9.一种变焦成像的断面变形监测系统，其特征在于，所述系统包括：

第一成像仪器，用于拍摄监测断面，得到断面图像；

第二成像仪器，用于拍摄监测靶标，得到每个监测靶标的指示图像；

断面变形监测装置，用于实现如权利要求1至7任一项所述的变焦成像的断面变形监测方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时，用于实现如权利要求1至7任一项所述的变焦成像的断面变形监测方法。