一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法，包括以下步骤：S1：原始图像，利用CCD相机安装在隧道需要监测的位置，对其原始的图像进行采集，并进行存储；S2：原始图像三维点云模型的重建，对采集的原始图像进行三维模型的重建；S3：实时图像，利用S1中在隧道需要监测位置安装的CCD相机对隧道的位置进行定时的拍摄，并进行存储；S4：实时图像三维点云模型的重建。本发明专利技术通过对实时图像与原始图像之间的差异性监测，从而有效的实现对隧道使用情况的实时监测，能够很好的控制隧道的使用寿命以及安全性，有效的减少由隧道使用过程中造成的损失，同时该方法可实现实时无人监测，其监测可靠。其监测可靠。其监测可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法


[0001]本专利技术涉及近景摄影测量
，尤其涉及一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法。

技术介绍

[0002]市政、桥梁、水利、土木等工程变形监测是结构健康监测的重要内容，是评价结构稳定性的重要指标。以水准仪、全站仪等为代表的常规测量方法，这些监测手段工作量大，受仪器操作方式的影响较大。因此衍生了基于机器视觉的变形监测测量技术，其融合了摄影测量、图像处理和计算机技术，通过计算机对图像进行处理，比较目标点影像在图像序列上的变化，可以计算出二维位移变形。例如，将标靶安装在目标结构上，采用单目摄像机可对与其成像面平行的平面内靶标位移进行二维平面内的有效监测。但是单目摄像机不具备测距功能，当标靶因为外力因素发生偏转或与摄像机之间的距离改变时，通过图像识别技术将不能准确识别到靶标在二维平面内的位移。并且，因为标靶与摄像机之间的距离改变，会导致原有图像像素点标定尺寸不准确，从而对靶标位移的测量会出现较大的误差，因此，亟需一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0003]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法。
[0004]本专利技术提出的一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法，包括以下步骤：
[0005]S1：原始图像，利用CCD相机安装在隧道需要监测的位置，对其原始的图像进行采集，并进行存储；
[0006]S2：原始图像三维点云模型的重建，对采集的原始图像进行三维模型的重建；
[0007]S3：实时图像，利用S1中在隧道需要监测位置安装的CCD相机对隧道的位置进行定时的拍摄，并进行存储；
[0008]S4：实时图像三维点云模型的重建，对采集的实时图像进行三维模型的重建；
[0009]S5：将S2和S4中的三维点云重建模型进行三维模型相似拓补比较；
[0010]S6：从而通过S5得出隧道前期和后期变形的差异值，从而来估算隧道使用过程中的受损情况。
[0011]进一步地，所述S1和S3中，原始图像的采集和存储，利用外界照射的光线或者物体反射的光线经过镜头照射到CCD图像传感器得到电信号，在通过图像信号处理电路和放大电路同时配合时钟同步信号产生每一行或者多行的数字图像，最终的图像通过数码图像存到存储卡上，这样就转换成了二维数字信号，产生了黑白图像。在传感器上覆盖一层红绿蓝颜色的薄膜，任何颜色都可以通过三原色表现出来，模拟出一个颜色，所以颜色传感器产生出了彩色信息。上面再加一层的薄膜，用光刻的方法刻出微小的透镜，确保光线透过透镜能
够汇聚到底部小格子上，可以提高传感器对光的敏感和转换效率。
[0012]进一步地，所述S2和S4中,原始图像三维点云模型的重建包括以下步骤：
[0013]步骤一、将RGB
‑
D相机获取的空间点云数据和色彩强度数据进行整合并以工程化的方式管理和输出；
[0014]步骤二、利用PCL技术(一个用于三维点云处理的模块化跨平台开源C++编程库)对点云数据进行预处理，包括去噪、分割、滤波、配准、采样等操作，输出特证明显、数据精简的点云。
[0015]步骤三、点云数据网格化，即使用一系列的网格来近似拟合点云，一般使用三角网格和四边形网格，这一步骤实现了三维表示形式上点云到网格(Mesh)的转化。
[0016]步骤四、全景纹理贴图，将RGB
‑
D相机采集的色彩和纹理信息映射到网格模型上，加以精修美化，输出逼真的三维模型。
[0017]进一步地，所述S3中，在隧道需要监测位置安装的CCD相机对隧道的位置进行定时拍摄时，其定时拍摄的时间可由人们进行设定，具体可设定为2min、5min、8min和10min。
[0018]进一步地，所述S5中，将原始图像中的每个三维数值定义为标靶Oi...On，将实时图像中的每个特征点的三维数值定义为Di...Dn。
[0019]进一步地，将每个实时图像的特征点的三维坐标(Xd,Yd,Nd)与三维坐标(Xi,Yi,Ni)进行比较。
[0020]进一步地，若两者的数值全部相等，则说明原始图像和实时图像的三维点云模型未发生变化，从而可继续监测隧道的下一帧变形情况。
[0021]进一步地，若两者的数值不相等，例如Xd和Xi相等，而Yd和Yi与Nd和Ni不相等，即为两者的数值不相等，同理两个数值相等，一个数值不相等，也可定义为不相等，则说明原始图像和实时图像的三维点云模型发生变化，从而可判断出隧道变形量的大小，若不相等的数值在可控范围值之内，该CCD相机可继续监测隧道的下一帧变形情况。
[0022]进一步地，若两者的数值不相等，例如Xd和Xi相等，而Yd和Yi与Nd和Ni不相等，即为两者的数值不相等，同理两个数值相等，一个数值不相等，也可定义为不相等，则说明原始图像和实时图像的三维点云模型发生变化，从而可判断出隧道变形量的大小，若不相等的数值不在设定范围值之内，这时什么隧道的变形情况不能在维持隧道的继续使用，可对该隧道的变形位置处进行维修和弃用。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：
[0024]通过对实时图像与原始图像之间的差异性监测，从而有效的实现对隧道使用情况的实时监测，能够很好的控制隧道的使用寿命以及安全性，有效的减少由隧道使用过程中造成的损失，同时该方法可实现实时无人监测，其监测可靠。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法中的示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0028]参照图1，一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法，包括以下步骤：
[0029]S1：原始图像，利用CCD相机安装在隧道需要监测的位置，对其原始的图像进行采集，并进行存储；
[0030]S2：原始图像三维点云模型的重建，对采集的原始图像进行三维模型的重建；
[0031]S3：实时图像，利用S1中在隧道需要监测位置安装的CCD相机对隧道的位置进行定时的拍摄，并进行存储；
[0032]S4：实时图像三维点云模型的重建，对采集的实时图像进行三维模型的重建；
[0033]S5：将S2和S4中的三维点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：原始图像，利用CCD相机安装在隧道需要监测的位置，对其原始的图像进行采集，并进行存储；S2：原始图像三维点云模型的重建，对采集的原始图像进行三维模型的重建；S3：实时图像，利用S1中在隧道需要监测位置安装的CCD相机对隧道的位置进行定时的拍摄，并进行存储；S4：实时图像三维点云模型的重建，对采集的实时图像进行三维模型的重建；S5：将S2和S4中的三维点云重建模型进行三维模型相似拓补比较；S6：从而通过S5得出隧道前期和后期变形的差异值，从而来估算隧道使用过程中的受损情况。2.根据权利要求1所述的一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法，其特征在于，所述S1和S3中，原始图像的采集和存储，利用外界照射的光线或者物体反射的光线经过镜头照射到CCD图像传感器得到电信号，在通过图像信号处理电路和放大电路同时配合时钟同步信号产生每一行或者多行的数字图像，最终的图像通过数码图像存到存储卡上，这样就转换成了二维数字信号，产生了黑白图像。在传感器上覆盖一层红绿蓝颜色的薄膜，任何颜色都可以通过三原色表现出来，模拟出一个颜色，所以颜色传感器产生出了彩色信息。上面再加一层的薄膜，用光刻的方法刻出微小的透镜，确保光线透过透镜能够汇聚到底部小格子上，可以提高传感器对光的敏感和转换效率。3.根据权利要求1所述的一种基于多基线近景摄影测量的隧道表面变形监测方法，其特征在于，所述S2和S4中,原始图像三维点云模型的重建包括以下步骤：步骤一、将RGB
‑
D相机获取的空间点云数据和色彩强度数据进行整合并以工程化的方式管理和输出；步骤二、利用PCL技术(一个用于三维点云处理的模块化跨平台开源C++编程库)对点云数据进行预处理，包括去噪、分割、滤波、配准、采样等操作，输出特证明显、数据精简的点云。步骤三、点云数据网格化，即使用一系列的网格来近似拟合点云，一般使用三角网格和四边形网格，这一步骤实现了三维表示形式上点云到网格(Mesh)的转化。步骤四、全景纹理贴图，将RGB...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃卫民，王浩，田湖南，王成汤，张秀丽，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：