CN117268342A - 一种场景模拟距离辅助测绘装置 - Google Patents
一种场景模拟距离辅助测绘装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117268342A CN117268342A CN202311229173.6A CN202311229173A CN117268342A CN 117268342 A CN117268342 A CN 117268342A CN 202311229173 A CN202311229173 A CN 202311229173A CN 117268342 A CN117268342 A CN 117268342A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image
- industrial camera
- mapping
- frame data
- calibrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000013507 mapping Methods 0.000 title claims abstract description 97
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 60
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 22
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 2
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims description 2
- 208000014451 palmoplantar keratoderma and congenital alopecia 2 Diseases 0.000 claims description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003709 image segmentation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
本发明提供一种场景模拟距离辅助测绘装置，包括对目标测绘对象进行近远景多视角聚焦测量的测绘主机；安装于测绘主机底部，以对在复杂区域环境内的测绘主机进行步长调整的传动机构；测绘主机包括控制器以及工业相机，工业相机内置于测绘主机，获取目标测绘对象在聚焦设定范围内的静态图像帧数据；控制器分别与工业相机、传动机构电连接，根据接收的静态图像帧数据，控制传动机构对工业相机与目标测绘对象的对准方向进行步长调整后，绘制表征目标测绘对象的地形图。通过设置抓地机构的方式，使得本发明可以在更好地适用于复杂区域环境，具备长时测量作业的优点。
Description
技术领域
本发明涉及测绘技术领域，具体为一种场景模拟距离辅助测绘装置。
背景技术
测绘是指利用测量仪器和技术手段，对地球表面的特征、地理空间信息进行测量、记录和制图的过程，它是获取和表示地理空间数据的一种方法，广泛应用于地图制作、土地管理、工程规划等领域，使用测量仪器(如全站仪、GPS接收器、激光测距仪等)对地球表面的特征进行测量，这可以包括测量地点的经纬度坐标、高程、距离、角度等，将测量得到的数据进行处理和计算，以得到准确的测量结果，这可能涉及数据清理、坐标转换、误差校正等步骤，以确保数据的准确性和可靠性，根据测量数据，使用测绘软件和工具进行地图绘制，制图可以包括绘制点、线、面要素，标注地物名称、路网、地形等，以呈现具体的地理信息。
现有技术中，为了更好地建筑规划，需要在未开发的空地区域完成建筑场景的模拟搭建，然而未开发的建筑区域往往地形复杂，存在高低起伏、山坡、水体等地貌特征，测绘工作十分困难，地形复杂性易导致测量仪器无法直接获取准确的数据，进一步考虑，未开发区域缺乏相关基础设施和已有建筑物，因此获取现场数据可能会比较困难，且无法获取规划建筑物之间的准确尺寸、地形地貌数据或其他相关信息，这会影响场景模拟和建筑物搭建的精度和真实性。
针对以上问题，对现有装置及测绘方法进行了改进，提出了一种场景模拟距离辅助测绘装置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种场景模拟距离辅助测绘装置，一方面，通过对使用工业相机获取的数据进行优化处理后得到表征当前复杂区域环境地形、地貌的图像数据，再导入至第三方软件进行绘图处理的方式，使得本发明具备精确获取规划建筑物之间的尺寸、地形地貌数据的优点，另一方面，通过设置抓地机构的方式，使得本发明可以在更好的适用于复杂区域环境，具备长时测量作业的优点。以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种场景模拟距离辅助测绘装置，包括
对目标测绘对象进行近远景多视角聚焦测量的测绘主机；
安装于测绘主机底部，以对在复杂区域环境内的测绘主机进行步长调整的传动机构；
所述测绘主机包括控制器以及工业相机，
所述工业相机内置于测绘主机，获取目标测绘对象在聚焦设定范围内的静态图像帧数据；
所述控制器分别与工业相机、传动机构电连接，根据接收的所述静态图像帧数据，控制传动机构对工业相机与目标测绘对象的对准方向进行步长调整后，绘制表征目标测绘对象的地形图；
所述控制器对工业相机进行步长调整的具体步骤为：
步骤1、基于工业相机，获取表征目标测绘对象的静态图像帧数据；
步骤2、基于控制器，当工业相机在复杂区域环境内发生偏移时，通过时间序列，以获取到的静态图像帧数据为工业相机发生偏移后的待校准图像，以工业相机发生偏移前且相邻于待校准图像的为基础图像；并根据获取的待校准图像相对于基础图像/>2(i,j)发生的位移量，对工业相机进行步长调整：
首先，获取待校准图像相对于基础图像/>的位置关系：
式中，Δ’a表示为待校准图像重叠区域相对于基础图像/>重叠区域在a方向的位移量；Δ’b表示为待校准图像/>重叠区域相对于基础图像/>重叠区域在b方向的位移量；
其次，基于傅里叶变换位移定理，获取待校准图像和基础图像/>空间域中平移中的互功率谱的相位后，计算其图像间的相位差；对待校准图像/>和基础图像/>2(i,j)间的相位差进行傅里叶逆变换，获取在(Δ’a，Δ’b)处形成的脉冲函数δ(i+Δ’a，j+Δ’b)所产生的尖锐峰值，求取该峰值位置，记为待校准图像/>相对于基础图像发生的重叠区域位移量；
再次，计算待校准图像相对于基础图像/>发生的位移量：
Δa＝g·Δ’a和Δb＝g·Δ’ b
式中，g表示为待校准图像相对于基础图像/>的比例关系大小；
最后，对工业相机进行步长调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明一方面，通过设置抓地机构的方式，使得本发明可以在更好的适用于复杂区域环境，具备长时测量作业的优点；
另一方面，由于已经调节好测绘主机开始作业时，此时若发生环境因素的影响，直接导致测绘主机搭载的工业相机的精度、采集范围出现随机性偏差的问题，本发明通过使用对工业相机获取的数据进行优化处理后得到表征当前复杂区域环境地形、地貌的图像数据，再导入至第三方软件进行绘图处理的方式，使得本发明具备精确获取规划建筑物之间的尺寸、地形地貌数据的优点。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制，在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的支托架结构示意图；
图3为本发明的抓地机构整体结构示意图；
图4为本发明的外抓板结构示意图；
图5为本发明的支架底盘结构示意图一；
图6为本发明的支架底盘结构示意图二；
图7为本发明的抓地机构在复杂地面抓握时的状态示意图；
图8为本发明的抓地机构在平缓地面抓握时的状态示意图；
图9为本发明绘制表征目标测绘对象的地形图的流程示意图；
图10为本发明一实施例中进行顶帽变换的表征地物(洼地)地貌(水坑)的静态图像帧数据在B方向的离散范围。
附图标记：
1、测绘主机；
2、支架底盘；21、连接方盘；22、连接三角盘；23、活动连接件；24、固定螺栓；
3、支托架；31、一级套杆架；311、衔接转槽；32、一级滑套槽；33、一级内滑杆；34、一级套环；35、活动轴件；36、二级套杆架；37、二级滑套槽；38、二级内滑杆；39、二级套环；
4、中心支杆；
5、抓地组件；51、调节滑环；52、T型衔接件；53、外抓板；531、定向板；532、滑移条板；533、拼接板；534、地爪；535、限位长滑槽；536、活动链接件；537、限位连接块；54、内抓板；55、推杆；
61、驱动电机；62-J3旋转轴。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
以下结合附图对本发明做进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
作为对本发明技术构思以及实现原理的理解，为解决现有技术中测绘主机在复杂区域环境(如存在高低起伏、山坡、水体等地貌特征的未知区域)运行的实际场景中，获取测绘图像的工业相机不可避免地会遇到诸如剧烈颠簸、高低起伏地形复杂动态情况，
导致的测绘工业相机出现摄像误差以及无法获取规划建筑物之间的准确尺寸、地形地貌数据或其他相关信息，影响后续场景模拟和建筑物搭建的精度和真实性的技术问题。
本发明提出对使用工业相机获取的数据进行优化处理后得到表征当前复杂区域环境地形、地貌的图像数据后，再导入至第三方软件进行绘图处理的方式，避免传统测绘中对整个区域进行逐点扫描的方式，节省了大量时间和人力成本的同时，通过对工业相机的调节，也确保了整个待测绘目标区域被完整地覆盖，避免局部或遗漏扫描的情况，提高了后续测绘数据的完整性和准确性。
为此，为实现上述技术构思，以及解决现有的技术方案缺陷。如图1-3所示，作为本发明的一实施例，提出一种场景模拟距离辅助测绘装置，包括：
对目标测绘对象进行近远景多视角聚焦测量的测绘主机1、稳定测绘主机1在复杂区域环境内作业的抓地机构以及安装在测绘主机1下表面的支架底盘2。
具体实施时，测绘主机1包括控制器、工业相机以及处理器，工业相机内置于测绘主机1；处理器与工业相机电连接，用于接收并处理工业相机获取的静态图像帧数据；控制器与处理器电连接，用于接收处理器的处理结果并控制传动机构带动工业相机进行步长调整后，绘制表征目标测绘对象的地形图。
支架底盘2下表面的中心位置安装有导向的中心支杆4，中心支杆4的外侧设置有支托架3，支托架3的底端安装有抓地机构5，其中，
支托架3设有多组，优选为4组，每个支托架3包括与支架底盘2下表面相对接的一级套杆架31以及开设在一级套杆架31外表面的一级滑套槽32，一级滑套槽32的内侧设置有一级内滑杆33，一级套杆架31的外表面套接有一级套环34，且一级套环34与一级内滑杆33顶端的侧表面固定连接；一级内滑杆33的底端设置有二级套杆架36，一级内滑杆33和二级套杆架36之间安装有活动轴件35，可以理解的是，安装活动轴件35的目的在于实现另一套杆架与内滑杆相对折叠；同理，依据于项目要求，用户可在另一活动轴件35处再次安装第三个套杆架。二级套杆架36的表面开设有二级滑套槽37，二级滑套槽37的内侧设置有二级内滑杆38，二级套杆架36的外表面套接有二级套环39，且二级套环39与二级内滑杆38顶端的侧表面固定连接。
在本发明的一实施例中，一级套杆架31的顶端开设有衔接转槽311，一级套杆架31通过衔接转槽311与支架底盘2活动对接，目的在于致使测绘主机1在套杆架31做圆周运动时，测绘主机1产生竖直方向位移。
如图3所示，作为本发明的一实施例，抓地组件5包括套接在二级内滑杆38底端侧表面的调节滑环51以及安装在二级内滑杆38底表面两侧端的T型衔接件52，具体实施时，T型衔接件52的一侧设置有外抓板53，T型衔接件52的另一侧安装有内抓板54，外抓板53的长度大于内抓板54，外抓板53和内抓板54的内侧端均与T型衔接件52活动连接，调节滑环51下表面的两侧端均设置有推杆55，一组推杆55与外抓板53的上表面相连接，另一组推杆55与内抓板54的上表面相连接，当调节滑环51发生相对于二级内滑杆38轴向位移时，推杆55受力致使抓板(外抓板53和内抓板54)对地面产生抓力。
如图4所示，在本发明的一实施例中，外抓板53包括与推杆55相对接的定向板531以及设置在定向板531上表面的滑移条板532，定向板531的下表面安装有拼接板533，拼接板533的下表面均匀设置有地爪534，滑移条板532的上表面开设有限位长滑槽535，滑移条板532的上表面设置有活动链接件536，活动链接件536的下表面安装有限位连接块537，当限位连接块537与限位长滑槽535相匹配时，便会对推杆55受力后发生的位置进行限位，保证在抓板对地面产生抓力时，推杆55不会泄力。
如图5-6、图7－图8所示，作为本发明的一实施例，支架底盘2的下表面安装有连接方盘21，连接方盘21的四侧端设置有活动连接件23，活动连接件23用于与支托架3的一端相对接，连接方盘21的下表面设置有固定螺栓24，连接方盘21通过固定螺栓24与支架底盘2的下表面相连接。
当复杂区域环境为现场天气恶劣的区域时，在支架底盘2的下端安装连接方盘21，并配备四组支托架3，确定测绘主机1安装位置后，将中心支杆4的底端定于地面，利用活动连接件23，将四组支托架3向外延展，此时通过一级内滑杆33和一级滑套槽32的滑移连接，调整一级套杆架31的综合长度；通过二级滑套槽37和二级内滑杆38的滑移连接，调整二级套杆架36的综合长度，一级套杆架31和二级套杆架36之间通过活动轴件35调整角度，四组抓地组件5置于地面，外抓板53和内抓板54相对于T型衔接件52处于活动状态，根据抓地组件5所置地面的形态，相应调整调节滑环51，由于推杆55为可锁性伸缩结构，利用限位长滑槽535和限位连接块537的滑移连接，调整两组推杆55相对于外抓板53和内抓板54的角度，向下滑移调节滑环51，推动外抓板53和内抓板54呈一定夹角，以适应所处地面，通过地爪534使抓地组件5与地面具有一个较强的抓握力，以此可避免在强风环境或不平整的地面上容易产生晃动，且适应长时间测量作业。
反之，当复杂区域环境为现场天气缓和的区域时，基于上述技术构思，可在支架底盘2的下端安装连接三角盘22，并配备三组支托架3，以同样的方式推动外抓板53和内抓板54呈一定夹角，在此不作赘述。
需要说明的是，由于支托架3与抓地组件5的配合调节方式是人为的机械调节，其调节精度只能依赖标准数据，理论上基本可以保证测绘主机外部结构的稳定性，排除掉复杂区域环境对测绘过程的大部分影响(测绘主机1不发生倾倒现象)，但还是由于复杂区域环境的影响，当已经调节好测绘主机开始作业时，此时发生环境因素的影响，直接导致测绘主机搭载的工业相机的精度、采集范围出现随机性偏差，最终导致收集的表征当前复杂区域地形、地貌的图像数据真实性存在误差。
基于此，如图1所示，本发明还提出在支架底盘顶部依次通过驱动电机61、J3旋转轴62转动连接于测绘主机底部，由控制器接收处理器的处理结果并控制驱动电机驱动J3旋转轴62，以对工业相机与目标测绘对象对准方向进行适应性步长调整。
如图9所示，具体实施时，其实施步骤包括：
S1、由用户确定测量区域，并根据项目需求和实际情况，将该区域界定出来，开启工业相机镜头，连续采集工业相机设定范围的视频数据流；
基于上述技术构思，可以理解的是，一般为使处理器识别该区域中的地物、地貌，需要将地物、地貌按地形图图式分类，例如可用三位整数进行编码。第一位数为地形要素的类别码，后两位数是地形要素的顺序编号。如100为测量控制点类，104为导线点，105为三角点等。
S2、基于OpenCV技术，对采集到的视频数据流按帧进行预处理，其中预处理包括灰度化处理与二值化处理，需要说明的是，对采集到的视频数据流进行灰度化，可以将其彩色信息转化为灰度信息，保留其亮度和对比度信息，不受颜色的影响，达到降低数据的纬度，提高数据的处理效率的优点；而对采集到的视频数据流进行二值化目的在于，将灰度图像转化为黑白二值图像，减少背景干扰，提高图像处理的精确度和速度，方便后续的图像分割和目标检测。基于上述技术构思，具体实施时：
本发明采用图像处理中的Gamma校正灰度化处理视频数据流，其原理计算公式为：
式中，Gray表示为灰度值；R、G、B分别表示颜色值；2.2表示为幂函数关系的Gamma指数；可以理解的是，由于RGB颜色值不能简单直接相加，而是必须用2.2次方换算成物理光功率，因为RGB值与功率并非简单的线性关系，而是幂函数关系；
基于处理器，采用python+opencv配置文件对视频数据流进行二值化阈值处理。
S3、基于处理器，采用python-OpenCV配置模块将视频流数据切割为表征目标测绘对象的静态图像帧数据，可以理解的是，当动态的视频流数据转化为静态图像帧的处理时，便可以达到在不改动图像模型的情况下实现视频流数据的处理工作。
需要说明的是，由于当前的复杂区域环境中存在各种的地形、地貌，为得到具备清晰度值的目标测绘对象静态图像帧数据，需要对表征目标测绘对象的静态图像帧数据中的地物和/或地貌点的坐标进行边缘检测，即：在处理器接收并处理工业相机获取的静态图像帧数据之前，还需要对静态图像帧数据进行高低帽变换：具体步骤包括：
S4-1、构建工业相机连续采集静态图像帧数据的迭代公式，以获取地物和/或地貌点的坐标在有限元次后的迭代图像f：
或
式中，That(f)表示为顶帽变换灰度化图像f；Bhat(f)低帽变换灰度化图像f；
ft为第t次迭代的图像；ft+1为表征地物和/或地貌点坐标的静态图像帧数据在第t+1次迭代的图像；t为工业相机连续采集静态图像帧数据时的有限元次迭代数；α为扩散系数；为梯度因子；/>为平滑系数；
Lx，y，Rx，y，Bx，y，Ax，y分别为地物和/或地貌点的坐标的四个不同方向；具体计算时，Lx，y向当前地物和/或地貌点坐标的左边进行计算，Rx，y向当前地物和/或地貌点坐标的右边进行计算，Bx，y向当前地物和/或地貌点坐标的下边进行计算，Ax，y向当前地物和/或地貌点坐标的上边进行计算；
S4-2、计算控制
S4-21、控制地物和/或地貌点的坐标分别在L、R、B、A四个对应方向的扩散速度，同时，控制地物和/或地貌点的坐标的平滑度，以达到地物和/或地貌点的坐标数值越大时，表征地物和/或地貌点坐标的静态图像帧数据越平滑，越不易保留边缘；
S4-22、约束地物和/或地貌点的坐标分别在L、R、B、A四个对应方向的扩散速度以及平滑度，得到表征地物和/或地貌点的坐标的静态图像帧数据在L、R、B、A四个方向的(x，y)坐标处的像素点f(x，y)，以确定表征地物和/或地貌点的坐标的静态图像帧数据的离散范围；
S4-23、以约束后的离散范围内的像素点f(x，y)做像素集合Nf(x,y)，形成具备地物和/或地貌点的坐标清晰度值的静态图像帧数据，记为表征目标测绘对象的最终静态图像帧数据；
需要说明的是，上述约束地物和/或地貌点的坐标，确定表征地物和/或地貌点的坐标的静态图像帧数据的离散范围的具体步骤包括：
首先，依次计算表征地物和/或地貌点的坐标静态图像帧数据在L、R、B、A四个方向的(x，y)坐标处的像素点f(x，y)
其次，选择一个像素点f(x，y)作为起始像素点，并将其作为中心，定义一个扩散半径，其中，扩散半径表示从该中心开始向外扩散的距离；
再次，对于每个像素点f(x，y)计算它与中心点之间的欧氏距离，若该距离小于等于扩散半径，则认为该像素点f(x，y)在扩散范围内；
最后，基于扩散系数的定义，对于在扩散范围内的像素点，根据其距离中心的远近进行约束，得到表征地物和/或地貌点坐标的静态图像帧数据的离散范围，如图10所示，图示为进行顶帽变换的表征地物(洼地)地貌(水坑)的静态图像帧数据在B方向的离散范围示意图。
基于上述技术构思，需要说明的是，高帽变换是通过利用原始图像与原始图像开操作的结果图像进行图像减操作实现的；而低帽变换是通过原始图像闭操作的结果图像与原始图像进行图像减操作实现的，高帽变换具有高通滤波的特性，适用于处理具有暗背景、亮物体特征的图像，低帽变换能够检测图像中的谷值，适用于处理具有亮背景、暗物体特征的图像，因此，当工业相机获取静态图像帧数据时，其镜头采集的图像中的地物和/或地貌点属于暗背景上的亮物体时，使用顶帽变换计算，反之使用低帽变换计算。
基于上述技术构思，需要说明的是，由于已经调节好测绘主机开始作业时，此时若发生环境因素的影响，直接导致测绘主机搭载的工业相机的精度、采集范围出现随机性偏差，为此还需要考虑，在工业相机受到复杂区域环境内作业影响时，其采集的静态图像帧数据大小和移动范围误差随机性的风险。基于此，本发明提出基于控制器，对接收到的静态图像帧数据进行拼接处理，得到待校准图像相对于基础图像/>发生的位移量，从而通过控制器对工业相机与目标测绘对象对准方向进行步长调整优化。
其具体实施方式为：
S5-1、基于时间序列，以获取到的静态图像帧数据(需要说明的是，此处的静态图像帧数据为S4-23处，包含约束后的像素点集合形成离散范围的静态图像帧数据，即，表征目标测绘对象的最终静态图像帧数据)为工业相机发生偏移后的待校准图像，以工业相机发生偏移前且相邻于待校准图像的为基础图像；
S5-2、基于线性滤波算法对待校准图像、基础图像去噪：
首先，自定义f1和f2分别为待去噪的待校准图像和基础图像，f1(i,j)表示为待校准图像中目标点(i，j)处的像素，f2(i,j)表示为基础图像中目标点(i，j)处的像素；
设待校准图像f1和基础图像f2中存在m×n个像素，则通过公式
分别得到滤波后的待校准图像和基础图像/>
式中，H表示除待校准图像或基础图像中心目标点(i,j)外的局部邻域像素点坐标集合；β表示H中像素点的集合；
其次，对局部邻域像素点坐标集合H中的像素点进行筛选，并对集合H中的每个像素点，从分块构造键，并使用该键从去噪函数库中选择判断函数Wr(i,j)：
当局部邻域像素点坐标集合H满足迭代判断函数Wr(i,j)时，停止继续迭代计算，r表示为迭代计算次数；
最后，选取当前迭代计算时的上一次迭代计算的局部邻域像素点坐标集合H，作为像素f1(i,j)或f2(i,j)的最终局部邻域，将判断函数Wr(i,j)应用于分块消除图像噪声；
S5-3、计算滤波后的待校准图像相对于基础图像/>发生的位移量：
首先，构建待校准图像相对于基础图像/>的位置关系
式中，Δ’a表示为待校准图像重叠区域相对于基础图像/>重叠区域在a方向的位移量；Δ’b表示为待校准图像/>重叠区域相对于基础图像/>重叠区域在b方向的位移量；
其次，基于傅立叶变换位移定理，获取待校准图像和基础图像/>空间域中平移中的互功率谱的相位后，计算其图像间的相位差
式中，表示为虚数；
再次，对待校准图像和基础图像/>间的相位差进行傅里叶逆变换，获取在(Δ’a，Δ’b)处形成的脉冲函数δ(i+Δ’a，j+Δ’b)所产生的尖锐峰值，求取该峰值位置，记为待校准图像/>相对于基础图像/>发生的重叠区域位移量；
最后，计算待校准图像相对于基础图像/>发生的位移量：
Δa＝g·Δ’ a和Δb＝g·Δ’ b(11)
式中，g表示为待校准图像相对于基础图像/>的比例关系大小；
调整工业相机步长：
横向方向：Ls＝Δa/s、Rs＝Δa/s+1； (12)
轴向方向：Bs＝Δb/s+1、As＝Δb/s； (13)
式中，Ls、Rs分别表示为工业相机在横向方向的调整参数；As、Bs分别表示为工业相机在轴向方向的调整参数；s为工业相机的聚焦值量化步长值，取值1/3步长。
基于上述技术构思，需要说明的是，由于是J3旋转轴对工业相机与目标测绘对象对准方向进行步长调整，因此，该J3旋转轴优选为偏转轴，同时，控制器可根据接收的驱动电机综合转速，对其转速和扭矩进行PID调节，以提高保证电机转速的稳定性，确保调节精度：
Vd＝Vmax·D(14)
式中，Vd表示为驱动电机的综合转速；Vmax表示为基于驱动电机，偏转轴转轴的旋转角度计算得到的最大转速；D表示为占空比；D＝t1/T，T表示为信号周期，t1表示为每周期高电平时间，t2表示为低电平时间，T＝t1+t2。
在本发明的一实施例中，控制器优选采用SDRAM控制器。
本发明的实施步骤还包括S6：
控制器在接收处理器回传的静态图像帧数据后，设置通讯参数并使用CASS6.1绘画软件传输静态图像帧数据，同步运行CASS绘图软件，绘制复杂区域环境内表征目标测绘对象的地形图。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种场景模拟距离辅助测绘装置，其特征在于：包括：
对目标测绘对象进行近远景多视角聚焦测量的测绘主机；
安装于测绘主机底部，以对在复杂区域环境内的测绘主机进行步长调整的传动机构；
所述测绘主机包括控制器以及工业相机，
所述工业相机内置于测绘主机，获取目标测绘对象在聚焦设定范围内的静态图像帧数据；
所述控制器分别与工业相机、传动机构电连接，根据接收的所述静态图像帧数据，控制传动机构对工业相机与目标测绘对象的对准方向进行步长调整后，绘制表征目标测绘对象的地形图；
所述控制器对工业相机进行步长调整的具体步骤为：
步骤1、基于工业相机，获取表征目标测绘对象的静态图像帧数据；
步骤2、基于控制器，当工业相机在复杂区域环境内发生偏移时，通过时间序列，以获取到的静态图像帧数据为工业相机发生偏移后的待校准图像，以工业相机发生偏移前且相邻于待校准图像的为基础图像；并根据获取的待校准图像相对于基础图像/>2(i,j)发生的位移量，对工业相机进行步长调整：
首先，构建待校准图像相对于基础图像/>的位置关系：
式中，Δ’a表示为待校准图像重叠区域相对于基础图像/>重叠区域在a方向的位移量；Δ’b表示为待校准图像/>重叠区域相对于基础图像/>重叠区域在b方向的位移量；
其次，基于傅里叶变换位移定理，获取待校准图像和基础图像/>空间域中平移中的互功率谱的相位后，计算其图像间的相位差；对待校准图像/>和基础图像/>2(i,j)间的相位差进行傅里叶逆变换，获取在(Δ’a，Δ’b)处形成的脉冲函数δ(i+Δ’a，j+Δ’b)所产生的尖锐峰值，求取该峰值位置，记为待校准图像/>相对于基础图像/>发生的重叠区域位移量；
再次，计算待校准图像相对于基础图像/>发生的位移量：
Δa＝g·Δ’ a和Δb＝g·Δ’ b
式中，g表示为待校准图像相对于基础图像/>的比例关系大小；
最后，对工业相机进行步长调整。
2.根据权利要求1所述的测绘装置，其特征在于：所述传动机构包括支架底盘、驱动电机以及J3旋转轴，其中，
所述支架底盘底部铰接连接有套杆架，顶部依次通过驱动电机、J3旋转轴转动连接于测绘主机底部；所述驱动电机电连接于控制器；所述控制器控制驱动电机驱动J3旋转轴，以对工业相机与目标测绘对象对准方向进行步长调整；
所述工业相机进行步长调整的具体方式为：
横向方向：Ls＝Δa/s、Rs＝Δa/s+1；
轴向方向：Bs＝Δb/s+1、As＝Δb/s；
式中，Ls、Rs分别表示为工业相机在横向方向的调整参数；As、Bs分别表示为工业相机在轴向方向的调整参数；s为工业相机的聚焦值量化步长值。
3.根据权利要求1所述的测绘装置，其特征在于：还包括固设于传动机构底部，以稳定测绘主机在复杂区域环境内作业的抓地机构，其中，
所述抓地机构包括支托架组以及在支托架组底端安装的抓地组件，
每个所述支托架包括套杆架以及内滑杆，所述套杆架一端安装于支架底盘底部，以致使测绘主机在套杆架做圆周运动时产生竖直方向位移；所述内滑杆滑动安装于套杆架内，以实现轴向收缩，且在其远离套杆架的一端固定安装有活动轴件，以实现另一套杆架与所述内滑杆的相对折叠；
所述抓地组件包括调节滑环、推杆以及抓板，所述调节滑环套设于内滑杆一端，另一端固定连接推杆，在所述推杆底端活动连接抓板；
所述调节滑环发生相对于内滑杆轴向位移时，推杆受力致使抓板对地面产生抓力。
4.根据权利要求1所述的测绘装置，其特征在于：所述测绘主机还包括与工业相机电连接的处理器，所述处理器控制工业相机将连续采集工业相机设定范围的视频数据流，切割为表征目标测绘对象的静态图像帧数据；具体步骤包括：
首先，处理器控制并开启工业相机镜头，连续采集工业相机设定范围的视频数据流；
其次，基于OpenCV技术，对采集到的所述视频数据流按帧进行预处理，其中所述预处理包括灰度化处理与二值化处理：
采用Gamma校正灰度化处理所述视频数据流；
基于与控制器电连接的处理器，采用python+opencv配置文件对所述视频数据流进行二值化阈值处理；
最后，基于处理器，采用python-OpenCV配置模块将所述视频流数据切割为表征目标测绘对象的静态图像帧数据。
5.根据权利要求4所述的测绘装置，其特征在于：所述处理器接收并处理工业相机获取的静态图像帧数据之前，还需要对获取的静态图像帧数据进行高低帽变换，以对表征目标测绘对象的静态图像帧数据中的地物和/或地貌点的坐标进行边缘检测，得到具备清晰度值的目标测绘对象静态图像帧数据，具体步骤包括：
首先，构建工业相机连续采集静态图像帧数据的迭代公式，以获取地物和/或地貌点的坐标在有限元次后的迭代图像f：
或
式中，That(f)表示为顶帽变换灰度化图像f；Bhat(f)低帽变换灰度化图像f；
ft为第t次迭代的图像；ft+1为表征地物和/或地貌点坐标的静态图像帧数据在第t+1次迭代的图像；t为工业相机连续采集静态图像帧数据时的有限元次迭代数；α为扩散系数；为梯度因子；/>为平滑系数；
Lx，y，Rx，y，Bx，y，Ax，y分别为地物和/或地貌点的坐标的四个不同方向；具体计算时，Lx，y向当前地物和/或地貌点坐标的左边进行计算，Rx，y向当前地物和/或地貌点坐标的右边进行计算，Bx，y向当前地物和/或地貌点坐标的下边进行计算，Ax，y向当前地物和/或地貌点坐标的上边进行计算；
其次，计算控制
控制地物和/或地貌点的坐标分别在L、R、B、A四个对应方向的扩散速度，同时，控制地物和/或地貌点的坐标的平滑度，以达到地物和/或地貌点的坐标数值越大时，表征地物和/或地貌点坐标的静态图像帧数据越平滑，越不易保留边缘；
再次，约束地物和/或地貌点的坐标分别在L、R、B、A四个对应方向的扩散速度以及平滑度，得到表征地物和/或地貌点的坐标的静态图像帧数据在L、R、B、A四个方向的(x，y)坐标处的像素点f(x，y)，以确定表征地物和/或地貌点的坐标的静态图像帧数据的离散范围；
最后，以约束后的离散范围内的像素点f(x，y)做像素集合Nf(x,y)，形成具备地物和/或地貌点的坐标清晰度值的静态图像帧数据，记为表征目标测绘对象的最终静态图像帧数据。
6.根据权利要求5所述的测绘装置，其特征在于：约束地物和/或地貌点的坐标，确定表征地物和/或地貌点的坐标的静态图像帧数据的离散范围的具体步骤包括：
首先，依次计算表征地物和/或地貌点的坐标静态图像帧数据在L、R、B、A四个方向的(x，y)坐标处的像素点f(x，y)
其次，选择一个像素点f(x，y)作为起始像素点，并将其作为中心，定义一个扩散半径，其中，所述扩散半径表示从中心开始向外扩散的距离；
再次，对于每个像素点f(x，y)计算它与中心点之间的欧氏距离，若该距离小于等于扩散半径，则认为该像素点f(x，y)在扩散范围内；
最后，基于扩散系数的定义，对于在扩散范围内的像素点，根据其距离中心的远近进行约束得到表征地物和/或地貌点坐标的静态图像帧数据的离散范围。
7.根据权利要求1所述的测绘装置，其特征在于：所述控制器在接收回传的静态图像帧数据后，设置通讯参数并使用CASS6.1绘画软件传输静态图像帧数据，同步运行CASS绘图软件，绘制复杂区域环境内表征目标测绘对象的地形图。
8.根据权利要求1所述的测绘装置，其特征在于：步骤2中，基于所述控制器，获取到的待校准图像和基础图像/>为已经消除图像噪声后的去噪图像；
对待校准图像、基础图像去噪的具体步骤为：
基于线性滤波算法对待校准图像、基础图像去噪：
首先，自定义f1和f2分别为待去噪的待校准图像和基础图像，f1(i,j)表示为待校准图像中目标点(i，j)处的像素，f2(i,j)表示为基础图像中目标点(i，j)处的像素；
设待校准图像f1和基础图像f2中存在m×n个像素，则通过公式
分别得到滤波后的待校准图像和基础图像/>
式中，H表示除待校准图像或基础图像中心目标点(i,j)外的局部邻域像素点坐标集合；β表示H中像素点的集合；
其次，对局部邻域像素点坐标集合H中的像素点进行筛选，并对集合H中的每个像素点，从分块构造键，并使用所述键从去噪函数库中选择判断函数Wr(i,j)：
当局部邻域像素点坐标集合H满足迭代判断函数Wr(i,j)时，停止继续迭代计算，r表示为迭代计算次数；
最后，选取当前迭代计算时的上一次迭代计算的局部邻域像素点坐标集合H，作为像素f1(i,j)或f2(i,j)的最终局部邻域，将判断函数Wr(i,j)应用于所述分块消除图像噪声。
9.根据权利要求3所述的测绘装置，其特征在于：
所述套杆架外表面开设有滑套槽；
所述内滑杆滑动嵌入所述滑套槽，以保证内滑杆稳定性；
所述抓地组件还包括T型衔接件，其中，
所述T型衔接件固设在内滑杆底部，且其两侧分别设置有抓板；所述抓板通过T型衔接件实现相对位移；
所述抓板包括与推杆相对接的定向板以及设置在所述定向板表面的滑移条板；
所述定向板的下表面安装有拼接板，拼接板底部均匀设置若干地爪。
10.根据权利要求9所述的测绘装置，其特征在于：
所述滑移条板表面分别设置有活动链接件以及限位长滑槽，其中，
所述活动链接件底部设置有限位连接块；
所述限位连接块与限位长滑槽相匹配，以对推杆受力后发生的位置进行限位，保证在抓板对地面产生抓力时，推杆不会泄力。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311229173.6A CN117268342B (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种场景模拟距离辅助测绘装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311229173.6A CN117268342B (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种场景模拟距离辅助测绘装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117268342A true CN117268342A (zh) | 2023-12-22 |
| CN117268342B CN117268342B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=89209985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311229173.6A Active CN117268342B (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种场景模拟距离辅助测绘装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117268342B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101025911B1 (ko) * | 2010-05-26 | 2011-03-30 | 삼성탈레스 주식회사 | 적외선 카메라의 자동 초점 장치 및 방법 |
| CN108665425A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-10-16 | 西安电子科技大学 | 基于帧间配准和自适应步长的红外图像非均匀性校正方法 |
| CN111416972A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-07-14 | 同济大学 | 一种基于轴向可调级联转镜的三维成像系统和方法 |
| CN111521161A (zh) * | 2019-02-05 | 2020-08-11 | 莱卡地球系统公开股份有限公司 | 包括事件相机的勘测装置 |
| CN112697112A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-23 | 东南大学 | 一种相机水平面倾斜角的测量方法及装置 |
-
2023
- 2023-09-22 CN CN202311229173.6A patent/CN117268342B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101025911B1 (ko) * | 2010-05-26 | 2011-03-30 | 삼성탈레스 주식회사 | 적외선 카메라의 자동 초점 장치 및 방법 |
| CN108665425A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-10-16 | 西安电子科技大学 | 基于帧间配准和自适应步长的红外图像非均匀性校正方法 |
| CN111521161A (zh) * | 2019-02-05 | 2020-08-11 | 莱卡地球系统公开股份有限公司 | 包括事件相机的勘测装置 |
| CN111416972A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-07-14 | 同济大学 | 一种基于轴向可调级联转镜的三维成像系统和方法 |
| CN112697112A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-23 | 东南大学 | 一种相机水平面倾斜角的测量方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117268342B (zh) | 2024-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103512579B (zh) | 一种基于热红外摄像机和激光测距仪的地图构建方法 | |
| CN109685858B (zh) | 一种单目摄像头在线标定方法 | |
| CN105096386B (zh) | 大范围复杂城市环境几何地图自动生成方法 | |
| CN112254656B (zh) | 一种基于结构表面点特征的立体视觉三维位移测量方法 | |
| CN106485751B (zh) | 应用于基桩检测中的无人机摄影成像及数据处理方法及系统 | |
| CN111220120B (zh) | 一种动平台双目测距自校准方法及装置 | |
| CN108362205B (zh) | 基于条纹投影的空间测距方法 | |
| CN116182805A (zh) | 基于遥感图像的国土测绘方法 | |
| CN115578315A (zh) | 一种基于无人机图像的桥梁应变近景摄影测量方法 | |
| CN114719873B (zh) | 一种低成本精细地图自动生成方法、装置及可读介质 | |
| CN104180794B (zh) | 数字正射影像拉花区域的处理方法 | |
| CN118229524A (zh) | 基于点云映射隧道图像拼接方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN117268342B (zh) | 一种场景模拟距离辅助测绘装置 | |
| CN107941241B (zh) | 一种用于航空摄影测量质量评价的分辨率板及其使用方法 | |
| CN113807238A (zh) | 一种河道水面漂浮物面积的视觉测量方法 | |
| CN116558476A (zh) | 一种高墩大跨径连续刚构桥桥墩沉降位移监测方法及系统 | |
| CN105631849A (zh) | 多边形目标的变化检测方法及装置 | |
| CN110969576A (zh) | 一种基于路侧ptz相机的高速公路路面图像拼接方法 | |
| CN115457561B (zh) | 基于集成式深度学习的轮胎压印字符识别通用方法 | |
| CN115326264A (zh) | 基于机器视觉的结构波浪冲击力非接触式测量方法和系统 | |
| CN114494039A (zh) | 一种水下高光谱推扫图像几何校正的方法 | |
| Chen et al. | An improved Snake model for refinement of LiDAR-derived building roof contours using aerial images | |
| CN113963335B (zh) | 基于图像和点云数据的路面障碍物检测方法 | |
| CN117646828B (zh) | 一种用于检测顶管接口相对位移和渗漏水的装置及方法 | |
| CN116503464B (zh) | 基于遥感图像的农田建筑物高度预测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |