基于视频探测的岩质边坡稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视频探测的岩质边坡稳定性分析方法，其特征在于：包括下述步骤，通过鱼眼摄像头对边坡钻孔进行摄像，并将鱼眼摄像头的深度值置于计算机内；计算机对鱼眼摄像头摄取的鱼眼图进行计算和处理，将鱼眼图恢复到真实的钻孔柱状图形中；将柱状图展开成平面图，并将柱状图依次拼接，得到整个边坡钻孔的全景展开图；扫描全景展开图，运用空间解析几何算法得出节理的参数，将全景展开图恢复为带节理参数的全景柱状图。本发明专利技术通过视频探测装置和计算机计算处理系统，可以对边坡钻孔进行整体的判断和计算，使得只需要受到过基本训练的工作人员即可操作本系统，完成对边坡稳定的探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于岩质边坡稳定性分析

技术介绍
在现有技术中，判断边坡滑坡的类型和计算其稳定性所取的参数都是通过人工观察、判断和计算的。这就需要花掉大量的时间来进行前期勘测工作，而且对工程师的要求也很高，必须经过长时间的工作和实践积累起丰富的经验。在以前的技术中，判断边坡滑坡的类型和计算其稳定性都是靠经验及其丰富的工程师进行人工观察、判断和计算的。这就需要花掉大量的时间来进行前期勘测工程，而且这里对工程师的要求也很高，必须经过长时间的工作和实践积累起丰富的经验。因此勘测工程难度大，周期长。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种，通过视频探测然后由计算机对原始数据进行处理，提高勘测工作效率和降低工作难度。本专利技术的实现，包括下述步骤a、通过鱼眼摄像头对边坡钻孔进行摄像，摄取的图像经专用电缆传输至计算机内进行数字化处理；鱼眼摄像头的测量轮实时测量鱼眼摄像头所处的位置，并将鱼眼摄像头的深度值置于计算机内；b、计算机对鱼眼摄像头摄取的鱼眼图进行计算和处理，运用半鱼眼恢复算法将鱼眼图恢复到真实的钻孔柱状图形中；C、将柱状图展开成平面图，并将上下展开的柱状图依次拼接，得到整个边坡钻孔的全景展开d、扫描全景展开图，运用空间解析几何算法得出节理的参数，将全景展开图恢复为带节理参数的全景柱状图。上述步骤b中，对鱼眼图的处理包括提取鱼眼图轮廓、校正拍摄的鱼眼图为标准正圆鱼眼图、提取标准正圆鱼眼图的圆心坐标、通过半角鱼眼恢复算法将将平面投影转化成柱面投影图。上述步骤c中，对柱形图的拼接采用相似曲线匹配原理进行拼接对每一幅图像从左至右依次计算每一行中梯度最大的点，将该点的坐标记录下来，将所得的梯度最大点的坐标描出来，在上下两幅图像上分别得到两条曲线，比较这两条曲线，从中找出相似的一段曲线，这段相似曲线的起始位置即为得到的重叠区域的起始坐标(X，y)，y值即为上下图拼接处的图片高度值；取上图的0至y行，下图的0至最后一行，构成一张完整的上下拼接图。具体方法对全景展开图进行扫描，分辨节理，找出每层节理的边界范围，将节理边界线恢复到全景柱状图上，计算边界线所在平面的最大倾斜角，然后计算节理的参数，即岩层产状三要素走向、倾向、倾角。本专利技术通过视频探测装置和计算机计算处理系统，可以对边坡钻孔进行整体的判断和计算，使得只需要受过基本训练的工作人员即可操作本系统，完成对边坡稳定的探测。 本专利技术大大的提高了对边坡稳定的探测判断的准确性和工作效率，也对工作人员的要求大大降低，以前必须是有资深级别和工作经验极其丰富的高级工程师进行判断，现在本领域的普通工程师经过培训后也能够进行操作，从而节省了大量的人力资源。这样对边坡判断工作的时间和物力资源也大大降低。附图说明附图附图附图附图附图附图附图附图附图附图附图附图附图附图具体实施例方式本专利技术的实施方式本专利技术的，包括下述步骤a、通过鱼眼摄像头对边坡钻孔进行摄像，摄取的图像经专用电缆传输至计算机内进行数字化处理；鱼眼摄像头的测量轮实时测量鱼眼摄像头所处的位置，并将鱼眼摄像头的深度值置于计算机内；b、计算机对鱼眼摄像头摄取的鱼眼图进行计算和处理，运用半鱼眼恢复算法将鱼眼图恢复到真实的钻孔柱状图形中；C、将柱状图展开成平面图，并将上下展开的柱状图依次拼接，得到整个边坡钻孔的全景展开d、扫描全景展开图，运用空间解析几何算法得出节理的参数，将全景展开图恢复为带节理参数的全景柱状图。下面结合附图详细说明本专利技术的原理鱼眼镜头，是一种短焦距(f=6-16mm)大视场(视场角约为 180°甚至)摄像镜头，其前面的透镜似鼓起的鱼眼。由于鱼眼镜头的焦距很短，视角1为球面模型的投影示意2为半角鱼眼投影模型的示意3为半角鱼眼投影模型的投影示意4为平面投影与柱面投影之间的转换示意5为半鱼眼恢复算法的程序流程6为环绕拍摄照片柱面全景图与鱼眼镜头的投影关系图a7为环绕拍摄照片柱面全景图与鱼眼镜头的投影关系图b8为环绕拍摄照片柱面全景图与鱼眼镜头的投影关系图c9为柱面投影图与平面图之间的几何关系10为柱面全景图展开示意11为节理参数岩层产状三要素的示意12为节理参数的求解流程13为展开全景图的节理示意14为带节理的展开全景图恢复的全景柱状图。较大，最高可达230°，拍摄的画面呈圆形或矩形，画面中心与四周的感光不均勻，影像变形严重，景物的透视点得到极大的夸张。鱼眼镜头因视角较大而具有广泛的用途，但是所生成的鱼眼图像变形严重，需要对鱼眼图像进行矫正。本实例使用的是Circular Image FiSheye(f=6.5-8mm)，成像区域为圆形，视角近似于180° x 180°，或者更大。代表镜头有 尼康 FC-E8 Fisheye Converter Lens。欲把鱼眼镜头拍摄的图像恢复到一般平面照相机图片，首先要先了解鱼眼镜头的成像原理，即鱼眼镜头的球面投影模型。推导物体平面垂直正对照相机光轴示的简单模型， 再分析物体平面发生偏转时的情况。理想化的鱼眼镜头可以用球面模型来描述，它有两个属性(1)视角(field of view)为180°，所以产生的图像为一个圆，而且对称于图像中心。水平和垂直防线的直线，沿着圆心，被扭曲成圆弧状，称为“桶状”形变，离圆心越靠外，形变越严重。(2)镜头的景深(cbpth of view)为无限，即照片中的所有物体都在焦距上。鱼眼镜头照片的非线性变形，由两条规则决定方位角不变和等距投影。方向角不变规则规定投影平面上像素点和Y轴的夹角α，由空间物体所在平面(与投影平面垂直) 和Y轴的夹角相同。如图1所示球面模型，Pl和Ρ2尽管高度、球心距都不相同，但处在同一个平面内， 所以他们在投影平面上的点的α角相同。等距投影规则投影平面上像素点与投影平面征信的距离决定于实际物体和照相机光轴方向(Ζ轴)的夹角，如图1中的β角。根据上述球面模型和规则，可以得到完整的描述鱼眼镜头形变的映射公式。把鱼眼图象变换成透视投影图像，往往采用球面投影的方法，这种方法需要预先知道鱼眼图像的光学中心和变换球面的半径。鱼眼图像都为圆形区域并假设其视角为 180°。在这种假设下图像的中心即为光学中心，图像的半径即为变换球面的半径。但是所获得的鱼眼图像的视角并非都达到180°，更何况很多图像是矩形的。无法直接确定其光学中心和视角，从而无法确定变换球面的半径。在计算机图形绘制中，当精度要求不大时，鱼眼投影模型可以用一种简单的情况， 即半球鱼眼投影(Hemispherical fisheye projection)。如图2所示，孔孔壁上的任意点 P2与鱼眼镜头的焦点0的连线与半球相较于半球面上一点P1，P1点平行投影到平面上，在平面投影图上得到一个与半球等直径的平面圆图。把半球面上的点平行投影到平面上，在图像平面上得到一个圆形的图像(如图4 见说明书摘要)。半球投影视角范围最大到180°。在0°附近，投影图像几乎没有变形。 但是在平面的边缘(士 90° )变形很大，图像拥挤。由于鱼眼投影的这种放射性变形，丢失了边缘图形的信息。在本专利技术中，对鱼眼图的处理包括提取鱼眼图轮廓、校正拍摄的鱼眼图为标准正圆鱼眼图、提取标准正圆鱼眼图的圆心坐标、通过半角鱼眼恢复算法将将平面投影转化成柱面投影图，具体如下。一、在将鱼眼图片展开为方形图之前，首本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于视频探测的岩质边坡稳定性分析方法，其特征在于：通过本专利技术的软件部分可进行岩体参数的分析，分析拉线数据找出优势节理，对优势节理进行定性分析，对不同破坏模式进行稳定性分析。以前的各个部分都由不同的软件进行分别判断和测试，导致需要大量的时间和人力物力。本专利技术可以将以上四个部分进行有效的结合，从而完成边坡稳定的判断和计算依次进行。包括下述步骤：ａ、通过鱼眼摄像头对边坡钻孔进行摄像，摄取的图像经专用电缆传输至计算机内进行数字化处理；鱼眼摄像头的测量轮实时测量鱼眼摄像头所处的位置，并将鱼眼摄像头的深度值置于计算机内；ｂ、计算机对鱼眼摄像头摄取的鱼眼图进行计算和处理，运用半鱼眼恢复算法将鱼眼图恢复到真实的钻孔柱状图形中；ｃ、将柱状图展开成平面图，并将上下展开的柱状图依次拼接，得到整个边坡钻孔的全景展开图；ｄ、扫描全景展开图，运用空间解析几何算法得出节理的参数，将全景展开图恢复为带节理参数的全景柱状图。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许湘华，方理刚，任仁，吴俊，谭捍华，龙万学，何东，覃俊，曲广琇，周苏华，朱能文，
申请(专利权)人：中南大学，贵州省交通规划勘察设计研究院，
类型：发明
国别省市：43