基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法、装置，所述方法包括：于隧洞内部拍摄序列影像，建立水平面和铅垂面，确定水平面和铅垂面与隧洞之间的交线；根据交线在源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域，对像素点进行匹配，获得多组同名像素点对；利用多组同名像素点对计算相对定向元素和隧洞模型坐标；计算在隧洞标准坐标系下的绝对定向元素；将绝对定向元素作为优化目标函数的约束条件，对相对定向元素和绝对定向元素进行优化，得到隧洞的点云模型。采用上述技术方案，有效解决地质方位绝对基准控制问题和狭长隧洞场景中平行序列影像建模极易产生模型漂移问题，显著提高建模精度。显著提高建模精度。显著提高建模精度。

【技术实现步骤摘要】
基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法、装置


[0001]本专利技术涉及隧洞测绘
，尤其涉及一种基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法、装置。

技术介绍

[0002]对于隧洞等狭长空间的三维精细建模，现有技术中主要采用横基线拍摄、平行序列影像采集和控制点测绘等技术方案。
[0003]但是现有技术中存在诸多不足。横基线拍摄方式效率低，拍摄影像数据冗余，拍摄视角多变易产生漏拍等问题；平行序列影像采集的摄影基线短，重建模型易产生漂移等问题，从而影响隧洞建模的精度；隧洞围岩编录作业现场，通常为正在实施挖掘作业的工程隧洞，工期短不易布设控制点，并且隧洞围岩编录等工作的主要目的是获取结构面走向、倾向及倾角等重要绝对方位元素，缺少绝对方位会导致隧洞影像重建模型失去了实用意义。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提供一种基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法、装置，通过在隧洞内构建绝对方位控制系统，计算绝对方位元素，基于绝对方位控制体系和绝对方位元素进行序列图像的匹配、点云模型的优化和隧洞影像精细建模，有效解决地质方位绝对基准控制问题和狭长隧洞场景中平行序列影像建模极易产生模型漂移问题，显著提高建模精度。
[0005]技术方案：本专利技术提供一种基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法，包括：采用图像拍摄装置于隧洞内部拍摄序列影像，建立水平面和铅垂面，确定水平面和铅垂面与隧洞之间的交线；从所述序列影像中选择源图像和待匹配图像，根据交线在源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域，对源图像的模板候选区域和待匹配图像的匹配引导区域上的像素点进行匹配，获得多组同名像素点对；利用多组同名像素点对计算相对定向元素和隧洞模型坐标；根据隧洞模型坐标，计算在隧洞标准坐标系下的绝对定向元素；使用序列影像的重投影位置坐标与实际像素点坐标之间的偏差建立优化目标函数，将绝对定向元素作为优化目标函数的约束条件，对相对定向元素和绝对定向元素进行优化，得到隧洞的点云模型。
[0006]具体的，利用激光水平仪进行隧洞的绝对水平和垂直控制，利用地质罗盘进行铅垂面的绝对走向控制。
[0007]具体的，在序列影像中按照序列顺序，间隔的选择源图像和待匹配图像。
[0008]具体的，对源图像和待匹配图像按照两对角线进行划分，分别得到4个激光像素区域，从中选取标准数量的像素点，分别得到模板候选区域和匹配引导区域；选取源图像和待匹配图像在交线位置内的像素点，生成像素点标签索引，用于源图像的模板候选区域和待匹配图像的匹配引导区域上的像素点进行匹配。
[0009]具体的，所述同名像素点对指模板候选区域和匹配引导区域上相似度最高的两个
像素点。
[0010]具体的，建立序列影像中各张影像的隧洞辅助坐标系，基于隧洞辅助坐标系和隧洞标准坐标系具有相同的绝对定向角度元素，建立隧洞模型坐标和隧洞辅助坐标系之间的变换关系，结合水平面上像素点之间的坐标关系、铅垂面上像素点之间的坐标关系，计算得到绝对定向角度元素。
[0011]具体的，根据序列影像建立隧洞的稀疏点云模型，计算稀疏点云模型中的三维点在序列影像中对应的投影像素点坐标，基于三维点在序列影像中的实际坐标和投影像素点坐标之间的偏差建立优化目标函数，以优化目标函数值最小优化稀疏点云模型；在稀疏点云模型中，根据水平面上像素点之间的坐标关系、铅垂面上像素点之间的坐标关系，作为优化目标函数的约束条件。
[0012]具体的，基于序列影像、相对定向元素、绝对定向元素和优化后的稀疏点云模型，计算得到密集点云模型，基于密集点云模型构建表面格网模型，计算法向量并进行纹理映射，获得具有绝对方位元素的隧洞精细三维模型。
[0013]本专利技术还提供一种基于绝对方位控制的隧洞影像建模装置，包括：拍摄单元、像素点匹配单元、相对定向元素计算单元、绝对定向元素计算单元和点云模型优化单元，其中：所述拍摄单元，用于采用图像拍摄装置于隧洞内部拍摄序列影像，建立水平面和铅垂面，确定水平面和铅垂面与隧洞之间的交线；所述像素点匹配单元，用于从所述序列影像中选择源图像和待匹配图像，根据交线在源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域，对源图像的模板候选区域和待匹配图像的匹配引导区域上的像素点进行匹配，获得多组同名像素点对；所述相对定向元素计算单元，用于利用多组同名像素点对计算相对定向元素和隧洞模型坐标；所述绝对定向元素计算单元，用于根据隧洞模型坐标，计算在隧洞标准坐标系下的绝对定向元素；所述点云模型优化单元，用于使用序列影像的重投影位置坐标与实际像素点坐标之间的偏差建立优化目标函数，将绝对定向元素作为优化目标函数的约束条件，对相对定向元素和绝对定向元素进行优化，得到隧洞的点云模型。
[0014]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：有效解决地质方位绝对基准控制问题和狭长隧洞场景中平行序列影像建模极易产生模型漂移问题，显著提高建模精度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术提供的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法的步骤示意图；图2为本专利技术提供的隧洞绝对方位控制系统的示意图；图3为本专利技术提供的影像激光特征引导的尺度自适应跟踪匹配的流程示意图；图4为本专利技术提供的绝对方位坐标系空间关系的示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0017]参阅图1，其为本专利技术提供的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法的步骤示意图，参阅图2，其为本专利技术提供的隧洞绝对方位控制系统的示意图。
[0018]步骤1，采用图像拍摄装置（数码相机等）于隧洞内部拍摄序列影像，建立水平面和
铅垂面，确定水平面和铅垂面与隧洞之间的交线。
[0019]本专利技术实施例中，投影水平面和铅垂面，利用激光水平仪进行隧洞的绝对水平和垂直控制，利用地质罗盘进行铅垂面的绝对走向控制。
[0020]在具体实施中，利用激光水平仪和地质罗盘的组合，实现水平面和铅垂面的绝对走向控制，确保水平面和铅垂面处于水平和垂直方向。图2中，基于水平面和铅垂面的交线定义的隧洞标准坐标系（绝对方位坐标系）P
‑
X
t
Y
t
Z
t
，右上为隧洞激光投影面与X轴和Y轴的几何关系，右下为地质罗盘测量激光铅垂面和水平面交线的真实方位。
[0021]在具体实施中，确定水平面和铅垂面与隧洞之间的交线，由此确定交线在序列影像上的位置以及相应的像素点，由此可以确定序列影像上像素点的绝对定向方位。
[0022]步骤2，从所述序列影像中选择源图像和待匹配图像，根据交线在源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域，对源图像的模板候选区域和待匹配图像的匹配引导区域上的像素点进行匹配，获得多组同名像素点对。
[0023]本专利技术实施例中，在序列影像中按照序列顺序，间隔的选择源图像和待匹配图像。
[0024]在具体实施中，可以将第n张序列影像作为源图像，将第n+1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法，其特征在于，包括：采用图像拍摄装置于隧洞内部拍摄序列影像，建立水平面和铅垂面，确定水平面和铅垂面与隧洞之间的交线；从所述序列影像中选择源图像和待匹配图像，根据交线在源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域，对源图像的模板候选区域和待匹配图像的匹配引导区域上的像素点进行匹配，获得多组同名像素点对；利用多组同名像素点对计算相对定向元素和隧洞模型坐标；根据隧洞模型坐标，计算在隧洞标准坐标系下的绝对定向元素；使用序列影像的重投影位置坐标与实际像素点坐标之间的偏差建立优化目标函数，将绝对定向元素作为优化目标函数的约束条件，对相对定向元素和绝对定向元素进行优化，得到隧洞的点云模型。2.根据权利要求1所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法，其特征在于，所述建立水平面和铅垂面，包括：利用激光水平仪进行隧洞的绝对水平和垂直控制，利用地质罗盘进行铅垂面的绝对走向控制。3.根据权利要求2所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法，其特征在于，所述从所述序列影像中选择源图像和待匹配图像，包括：在序列影像中按照序列顺序，间隔的选择源图像和待匹配图像。4.根据权利要求3所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法，其特征在于，所述根据交线在源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域，包括：对源图像和待匹配图像按照两对角线进行划分，分别得到4个激光像素区域，从中选取标准数量的像素点，分别得到模板候选区域和匹配引导区域；选取源图像和待匹配图像在交线位置内的像素点，生成像素点标签索引，用于源图像的模板候选区域和待匹配图像的匹配引导区域上的像素点进行匹配。5.根据权利要求4所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法，其特征在于，所述同名像素点对指模板候选区域和匹配引导区域上相似度最高的两个像素点。6.根据权利要求5所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法，其特征在于，所述根据隧洞模型坐标，计算在隧洞标准坐标系下的绝对定向元素，包括：建立序列影像中各张影像的隧洞辅助坐标系，基于隧洞辅助坐标系和隧洞标准坐标系具有相同的绝对定向角度元素，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣春，衣雪峰，李浩，杨立君，刘兰法，张晨阳，贾燕，石尚，婧美茹，杨开济，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：