一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法技术

本发明专利技术提出一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法，该方法的步骤为：1)将激光雷达扫描的点云数据转换成隧道正射投影图像；2)提取隧道正射投影图像中的环缝位置信息存入环缝位置信息表；3)识别隧道正射投影图像中的环号信息，将环号数值与相关位置数据存储进环号识别信息表中；4)对原始隧道正射投影图像进行管环标注，生成环号里程对照表。本发明专利技术的优点是将隧道管环识别与标注过程变成自动化的过程，免除人工参与对管环识别的准确率的影响，提高了识别的准确度及效率，具有更高的应用价值及经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法
本专利技术涉及隧道管环识别，具体涉及一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法，属于隧道工程检测领域。
技术介绍
随着国家基础设施建设步伐的加快，我国的隧道建设工作进入了迅猛发展的时期，随着地铁隧道里程的增加及运营时间的增加，经过一定的使用年限后，隧道会出现各种病害、变形等病害问题，为了保证地铁隧道的正常运营，就需要对隧道的变形及病害进行持续周期性的检测。在基于隧道全断面扫描图像的隧道变形和病害检测方法中，除了要自动识别隧道内壁盾构的变形和病害以外，还需要自动分析出变形和病害所在的隧道盾构管环的编号位置以及对应的线路里程，管环识别的效率及准确度直接影响检测结果定位的准确性。管环识别指检测隧道盾构管环之间的环缝以及及其环号。环缝指管环拼接处产生的缝隙，是两条管环之间的分界线，而环号指用油漆或其他涂料在隧道管环上标注的数字，代表当前管环所对应的序号。目前的隧道管环识别主要采用半自动化技术，通过计算机软件生成正射投影图像，由人工借助CAD软件来观察图像找到环缝，在图像上手工标注环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法，其步骤包括：/nA.将激光雷达扫描的点云数据转换成隧道正射投影图像，具体步骤如下：/n所述的激光雷达扫描的点云数据，是隧道内壁上每个点的东、北、高程坐标构成的XYZ三维坐标、以及反射率的集合；/n所述的隧道正射投影图像，是一段隧道的三维坐标点集合投影到正射投影坐标系上构成的二维灰度图像；图像宽记为L，高记为H，每个像素点的灰度值是反射率经过变换而成的0-255之间的整数；/nA1.构建正射投影坐标系；/n所述的正射投影坐标系，原点位于图像的左上角，X轴正方向向右，Y轴正方向向下；图像在坐标系里的左上角坐标为(0，0)，右下角坐标为(L，H)；/...

【技术特征摘要】
1.一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法，其步骤包括：
A.将激光雷达扫描的点云数据转换成隧道正射投影图像，具体步骤如下：
所述的激光雷达扫描的点云数据，是隧道内壁上每个点的东、北、高程坐标构成的XYZ三维坐标、以及反射率的集合；
所述的隧道正射投影图像，是一段隧道的三维坐标点集合投影到正射投影坐标系上构成的二维灰度图像；图像宽记为L，高记为H，每个像素点的灰度值是反射率经过变换而成的0-255之间的整数；
A1.构建正射投影坐标系；
所述的正射投影坐标系，原点位于图像的左上角，X轴正方向向右，Y轴正方向向下；图像在坐标系里的左上角坐标为(0，0)，右下角坐标为(L，H)；
A2.将隧道点云构成的隧道柱面展开，将展开面的左上角和右下角与正射投影坐标系的(0，0)、(L，H)点对齐；
A3.按照A2所述的对齐原则，将隧道点云数据里每个点的XYZ坐标，转换为正射投影坐标系上的XY坐标；
B.提取隧道正射投影图像中的环缝位置信息存入环缝位置信息表，其具体步骤如下：
B1.将待标注隧道正射投影图像进行图像灰度变换，生成病害特征更明显的待检测图像，灰度变换计算公式如下：
新的图像灰度(im1)＝255*(原始图像灰度(im)/255)^(变换系数(μ))；
B2.利用边缘增强算法对待检测图像进行处理，生成边缘增强图像；
B3.利用霍夫直线检测算法提取边缘增强图像中可能存在的直线，记为霍夫直线集合；
霍夫直线集合中所有直线的端点构成端点坐标列表，将第i条直线的端点坐标记为[Xi，Yi，Xi’，Yi’]，所有直线的端点坐标列表记为[[X1，Y1，X1’，Y1’],[X2，Y2,X2’，Y2’],[],…[]]的样式；
B4.对霍夫直线集合进行筛选、合并，获得管环环缝直线集合；
B5.补充B4中未检测到的环缝直线，加入管环环缝直线集合：
B6.将环缝位置信息存入环缝位置信息表，并在原始图像上画出环缝直线作为环缝标注；
所述的环缝位置信息表的每条记录对应一条环缝直线的坐标；
C.识别隧道正射投影图像中的环号信息，将环号数值与对应的位置信息存储进环号识别信息表中，具体实现步骤如下：
C1.读取经过B1和B2预处理和增强后的正射投影图像；
C2.利用环号数字区域检测算法标注正射投影图像中的环号数字区域，生成待识别切片图像；
C3.利用模型和引擎识别出待识别切片图像中的环号数值，将环号数值与对应的位置信息存储到环号识别信息表中；
D.对原始隧道正射投影图像进行管环标注，生成环号里程对照表，具体实现步骤如下；
D1.利用已有的线路里程对照表信息计算总里程及总环数；
所述已有的线路里程对照表信息包含但不限于区间名称、方向标志、起始环号、终止环号、起始里程、终止里程等；
D2.读取环缝位置信息表中的环缝位置坐标，并利用已有的隧道总里程、隧道的起始里程等数据，计算环缝的线路里程，记为环缝里程；
计算公式如下：
每里程对应像素宽度(pix/m)＝(隧道正射投影图像总像素宽度(pix))/(隧道总里程(m))；
环缝里程(pix)(m)＝(环缝像素坐标(pix))/(每里程对应像素宽度(pix/m))+隧道起始里程(m)；
D3.利用已有的隧道起始环号、终止环号数据，以及环号识别信息表中的环号信息，将环号与环缝里程配对，写入环号里程对照表；
所述的环号里程对照表中的内容包括但不限于：每个管环对应的环号、起始像素、终止像素、起始里程、终止里程；
D4.根据环号里程对照表中信息在原始图像上对应的环缝及环号位置处，标注环号...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵霞，徐龙敏，陶宇航，刘生伟，齐利军，于重重，苏维均，尤相骏，
申请(专利权)人：北京工商大学，南京数联空间测绘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11