洞室三维实景建模数据采集光源系统设计方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种洞室三维实景建模数据采集光源系统设计方法及其系统，它是在相机两边对称安装相同的光源，并在相机边上安装光源亮度检测笔及光源亮度自动调节开关；利用小灯珠并联作为光源，并在小灯珠后部安装散热装置；将供电系统设计为两部分，一部分提供光源，另一部分为整个自动化摄影测量系统提供电源。本发明专利技术的整个光源系统为洞室三维数字化成像提供了一个稳定、轻便、同步的光源装置，方便采集洞室内不同洞壁位置高质量照片。并利用双边式发光系统、在光源表面安装保护罩，实现亮度可调装置，确保数码相机在洞室内拍摄照片亮度均匀一致，为建立真三维模型提供了可靠保证，且整个光源系统轻便、耗电少、容易操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工程物探勘察、检测领域，本专利技术光源系统涉及到光的折射、散射成像原理、自动化控制、光源的调控技术、光源与照片匹配原理技术、光的均匀处理技术。
技术介绍
在此描述的洞室包括：水电勘察中的勘探平洞、水电站中的引水隧洞、放空洞、导流洞、施工支洞、溢洪洞等、水电枢纽的引水隧洞、公路和铁路隧洞等进行工程勘察和检测的隧洞统称为洞室。常规洞室的勘查工作是通过人工编录的方式记录洞室表面地质信息；洞室的检测工作主要是通过检测混泥土质量、厚度及洞顶回填脱空情况，检测工作内容主要包括混泥土裂缝（裂缝长度、宽度、发育的方向等参数）、混泥土表面脱落、脱空高度、强度、厚度及围岩体变形等。随着计算机和图像处理技术的发展，利用现场拍摄的照片通过建模来完成现场勘察可更直观的展示勘察部位岩石产状、裂隙、卸荷等的三维空间位置及颜色信息，此方法可以达到精确测量和还原现场真实纹理信息，此技术称为实景建模技术。随着地表实景建模的技术应用广泛，如无人机实景建模、文物实景建模、边坡勘察实景建模等，这些工作都是在自然光下完成的实景建模；在摄影棚内进行的3D摄影也是该类技术的延拓，采用实景建模技术建立的三维模型的色彩及形状与真实情况基本相同。地表实景三维建模技术应用越来越广泛，如在边坡勘察中，利用此方法建立的三维模型可进行边坡稳定性评价及边坡测绘工作；在洞室内也可利用此技术进行勘探和检测工作。由于洞室内无自然光、洞型不一、洞壁凹凸较大，洞径大小不一，因此，在洞室内开展实景建模难度相对较高，首先洞内需解决光源问题，要保证成像精度和色彩真实性，数据采集对光源有更高的要求。以下情况将影响洞室内实景建模的效果：勘探洞或引水洞室内无光源，一是人工添加的光源色温与自然光不一致（人工的照明灯都是冷色灯，色温在6500k左右，自然光色温为5500k左右，不同色温下拍摄的照片颜色与自然光下拍摄的照片颜色有差别），二是存在光源亮度不均匀；洞室因各种因素影响，造成开挖不平整，洞形变化大、洞壁凹凸，摄影拍照时，将造成局部洞段拍摄的照片存在阴阳面；洞室内存在温差变化，光源在温差较大的情况下容易炸裂。在复杂的洞室条件下，通过摄影测量建立三维模型，首先必须解决光源问题。有了好的光源，才能拍摄出好的图像。因此，需充分设计好光源与相机及拍摄洞壁的位置关系、光源的亮度及色温、光源在洞室内的使用寿命等问题。目前，针对在洞室内利用光源拍照建立实景模型的技术还不够成熟，特别是针对洞型变化大、洞壁不规则源的勘探平洞，对光源的要求更高。
技术实现思路
本专利技术要实现以下目的：（1）设计专门针对在洞室内进行三维实景建模的光源系统；（2）针对洞室内环境差异，可调试光源系统的各个参数，使洞室内拍摄的照片基本达到自然光下状态，满足三为建模要求；（3）提高洞室内光源的使用寿命；（4）提高光源的稳定性，保证不同时段拍摄的照片色差一致，整个洞室建立的模型与实际洞壁体颜色一致；（5）确保整个光源系统轻便、耗电少、容易操作。本专利技术通过如下技术方案实现以上目的：首先，本专利技术基于这样的设计方法：主要是在相机两边对称安装相同的光源，并在相机边上安装光源亮度检测笔及光源亮度自动调节开关；利用小灯珠并联作为光源，并在小灯珠后部安装散热装置；将供电系统设计为两部分，一部分提供光源，另一部分为整个自动化摄影测量系统提供电源。因此，本专利技术的洞室三维实景建模数据采集光源系统是这样的：该系统包括由车轮运载行驶的测量装置控制箱及电源，测量装置控制箱及电源通过电机旋转轴连接相机架，相机架上设有数码相机和光强测试笔；在相机架的前后两端各设有一个光源架，光源架一上设有光源小灯珠一，光源架二上设有光源小灯珠二。进一步的，光源小灯珠一与光源小灯珠二在相机架的两端的光源架上呈圆周均布设置。光源小灯珠一和光源小灯珠二的额定电压为12v、色温为5500k。并且，光源小灯珠一和光源小灯珠二的后部均安装有散热装置，光源小灯珠一和光源小灯珠二均设有密封灯罩。更进一步的，光源架一和光源架二各自是用两块铝合金板制成，在每块铝合金板上均匀钻孔并且在两块板之间设有空心玻璃圆柱体，并用固体胶把光源小灯珠一和光源小灯珠二固定在该玻璃柱体表面。光源架一和光源架二之间为相机架，在相机架中部钻设有一小孔，并用螺丝穿过该小孔与数码相机的相机底座连接。光强测试笔安装在数码相机的相机镜头的正上方，光强测试笔与相机架通过螺栓连接。光源架一和光源架二以及其上设置的空心玻璃圆柱体与相机架通过螺栓连接在同一个轴承上，该轴承与电机旋转轴连接在测量装置控制箱及电源的电机上，数码相机的快门线与光源小灯珠一和光源小灯珠二的光源线连接到测量装置控制箱及电源中的控制箱的电路中。本专利技术的这种洞室三维数字化成像光源系统，可达到以下效果：（1）整个光源系统为洞室三维数字化成像提供了一个稳定、轻便、同步的光源装置，方便采集洞室内不同洞壁位置高质量照片。（2）利用双边式发光系统、在光源表面安装保护罩，实现亮度可调装置，确保数码相机在洞室内拍摄照片亮度均匀一致，为建立真三维模型提供了可靠保证。（3）光源两侧的光强检测笔的合理设计，为调整洞室光强度，保证亮度一致提供了重要参考依据，减少了人为因素对光强的判断。（4）为了确保工作安全，整个供电系统选用额定电压为12v，可选择不同功率的小灯珠，为大小的不同洞室提供了近自然光的亮度。（5）安装散热装置，保证了连续8小时工作小灯珠不会出现故障，有利于提高洞室内三维数字化成像质量。附图说明图1是洞室三维实景建模装置光源系统正视图；图2是洞室三维实景建模装置光源系统俯视图。附图标记说明： 1-光源架一，2-光源小灯珠一，3-数码相机，4-光强测试笔，5-相机架，6-光源架二，7-光源小灯珠二，8-电机旋转轴，9-车轮，10-测试装置控制箱及电源。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1如图1和图2所示，图1是洞室三维实景建模装置光源系统正视图，图2是洞室三维实景建模装置光源系统俯视图。从图中可以看到，本专利技术的洞室三维实景建模装置光源系统主体部位包括光源架一1和光源架二6、光强测试笔4和光源小灯珠一2和光源小灯珠二7，光源架一1和光源架二6都是利用两块直径为15cm、厚度为3mm的铝合金板制成，在每块铝合金板上均匀钻5个0.5cm的孔。两块板之间为直径为12cm、厚为4mm、长为5cm的空心玻璃圆柱体。在玻璃圆柱体的外表面铺设两排光源小灯珠，并用固体胶把光源小灯珠一2和光源小灯珠二7分别固定在玻璃柱体表面。光源架一1和光源架二6之间为相机架5，数码相机3安放在相机架5中间、在相机架5中部钻一小孔，螺丝穿过相机架5小孔与数码相机3底座连接。在相机镜头的正上方安放光强测试笔4，光强测试笔4与相机架5通过螺栓连接。光源架一1和光源架二6、玻璃柱体、相机架5通过螺栓连接在同一个轴承上。轴承与电机旋转轴8连接测试装置控制箱及电源10的电机上，数码相机3的快门线与小灯珠的光源线连接到测试装置控制箱及电源10中的控制箱的电路中。在测试装置控制箱及电源10的底部安置车轮9，通过车轮9让整个装置在轨道上移动。光源架有两个，在数码相机3的两边圆周均匀分布，光强测试笔4需在拍照之前和之后都检测洞壁光强强度，保证每次拍摄光强度基本一致；电机旋转轴8是控制相机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种洞室三维实景建模数据采集光源系统设计方法，其特征在于：在相机两边对称安装相同的光源，并在相机边上安装光源亮度检测笔及光源亮度自动调节开关；利用小灯珠并联作为光源，并在小灯珠后部安装散热装置；将供电系统设计为两部分，一部分提供光源，另一部分为整个自动化摄影测量系统提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种洞室三维实景建模数据采集光源系统设计方法，其特征在于：在相机两边对称安装相同的光源，并在相机边上安装光源亮度检测笔及光源亮度自动调节开关；利用小灯珠并联作为光源，并在小灯珠后部安装散热装置；将供电系统设计为两部分，一部分提供光源，另一部分为整个自动化摄影测量系统提供电源。2.一种洞室三维实景建模数据采集光源系统，其特征在于：该系统包括由车轮（9）运载行驶的测量装置控制箱及电源（10），测量装置控制箱及电源（10）通过电机旋转轴（8）连接相机架（5），相机架（5）上设有数码相机（3）和光强测试笔（4）；在相机架（5）的前后两端各设有一个光源架（1、6），光源架一（1）上设有光源小灯珠一（2），光源架二（6）上设有光源小灯珠二（7）。3.根据权利要求2所述的洞室三维实景建模数据采集光源系统，其特征在于：所述光源小灯珠一（2）与光源小灯珠二（7）在相机架（5）的两端的光源架（1、6）上呈圆周均布设置。4.根据权利要求3所述的洞室三维实景建模数据采集光源系统，其特征在于：所述光源小灯珠一（2）和光源小灯珠二（7）的额定电压为12v、色温为5500k。5.根据权利要求3所述的洞室三维实景建模数据采集光源系统，其特征在于：所述光源小灯珠一（2）和光源小灯珠二（7）的后部均安装有散热装置。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼加丁，蒋才洋，文豪军，张伟，谭天元，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52