【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于细观颗粒成像，具体涉及一种基于宽动态低照度技术下的松散岩土体微结构跟踪成像装置及自动跟踪方法。
技术介绍
1、现有的微结构成像方法存在以下不足：1.在试验技术条件下，无法对实验对象内部微结构变化进行观察，这使得在外部环境、荷载等条件的变化下，对实验对象内部微结构的变化研究处于瓶颈。2.简单的将摄像机置于研究对象内部，在无光源条件下，摄像机无法成像。3.提供光照时，光线条件不均匀，照片无法真实记录试样形态。4.传统高像素摄像机无法清晰显示试样微观结构，如单个土颗粒形状。5.目前荷载和非荷载作用下，土体内土颗粒的运动、变形等过程，目前无法追踪实现。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种松散岩土体微结构跟踪成像装置及自动跟踪方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种松散岩土体微结构跟踪成像装置，包括摄像机和主机，所述摄像机包括补光模组、摄像模组、无线信号传输模组，所述补光模组与无线信号传输模组通过电信号连接，所述无线信号传输模组与摄像模组通过电信号双向连接，所述主机中包括调节板块、数据处理板块和无线信号传输板块，所述调节板块、数据处理板块均与无线信号传输板块通过电信号连接，所述无线信号传输模组与无线信号传输板块通过无线信号双向连接，所述调节板块将调节信号传递至无线信号传输板块，所述无线信号传输板块将调节信号发送至摄像机内的无线信号传输模组，无线信号传输模组根据所接收到的信号对补光模组和摄像模组进行
4、一种利用所述的松散岩土体微结构跟踪成像装置的自动跟踪方法，包括以下步骤：
5、步骤一、将摄像机埋设在待测土体中；
6、步骤二、主机通过调节板块传输调节信号至无线信号传输板块，然后无线信号传输板块进一步将调节信号发送至摄像机内部的无线信号传输模组，所述无线信号传输模组将调节信号中的亮度调节信号传输至补光模组，控制补光模组调节亮度，无线信号传输模组将调节信号中的焦距调节信号和角度调节信号传输至摄像模组，控制摄像模组调节摄像头的焦距和摄像角度；
7、步骤三、通过摄像模组采集相邻时刻同一视角处的目标图像，将图像数据经无线信号传输模组传递到主机的无线信号传输板块，然后无线信号传输板块将图像数据传输至数据处理板块，通过目标检测算法检测输出相邻时刻同一视角下目标位置、类型及深度特征，计算不同时刻图像中的目标深度特征的马氏距离，得到单视角图像中目标跟踪关联结果。
8、进一步的，步骤三中，通过计算相邻时间目标在深度特征空间上的马氏距离，将低于距离阈值的目标进行跟踪关联，实现对目标的跟踪关联输出，并可以获得目标关联批号：
9、res(i,j)＝gt(d(fi(k),fj(k+1)))
10、计算过程可表示为
11、
12、式中，d(a，b)表示a和b的马氏距离，fi(k)为第k帧第i个目标的深度特征，fj(k+1)第k+1帧第j个目标的深度特征，t表示距离阈值。
13、进一步的，步骤三中，两张相邻时间的图片中，判断为同一目标需要满足三个条件：
14、位置判断：设定第一张图片区域左下角点为目标a，另一张图片区域左下角点为目标b，通过计算目标a与目标b之间的距离，得出目标距离深度特征，具体计算如下：
15、
16、式中，xa和ya分别表示目标a的横坐标和纵坐标，xb和yb分别为目标b的横坐标和纵坐标，t为距离阈值；
17、运动特征判断：对目标a、目标b进行运动建模，分别计算目标的速度、加速度，如果目标a与目标b的目标速度、加速度差均在阈值范围内，则认为运动特征相同，具体计算如下：
18、va(x,k)＝(xa(k)-xa(k-1))/t
19、va(y,k)＝(ya(k)-ya(k-1))/t
20、
21、aa(x,k)＝(xa(k)-2xa(k-1)+xa(k-2))/t2
22、aa(y,k)＝(ya(k)-2ya(k-1)+ya(k-2))/t2
23、
24、vb(x,k)＝(xb(k)-xb(k-1))/t
25、vb(y,k)＝(yb(k)-yb(k-1))/t
26、
27、ab(x,k)＝(xb(k)-2xb(k-1)+xb(k-2))/t2
28、ab(y,k)＝(yb(k)-2yb(k-1)+yb(k-2))/t2
29、
30、
31、式中，xa和ya分别表示目标a的横坐标和纵坐标，xb和yb分别表示目标b的横坐标和纵坐标，va(x,k)和va(y,k)分别表示目标a在x轴和y轴上的速度，aa(x,k)和aa(y,k)分别表示目标a在x轴和y轴上的加速度，vb(x,k)和vb(y,k)分别表示目标b在x轴和y轴上的速度，ab(x,k)和ab(y,k)分别表示目标b在x轴和y轴上的加速度，tv和ta分别表示速度阈值和加速度阈值；
32、深度特征判断：深度特征计算是通过计算目标a与目标b之间的马氏距离，得到目标相似度；
33、当目标a与目标b同时满足以上三个判断条件，则将两个目标融合为一个目标，并输出同一个目标关联批号，实现对试样中颗粒目标跟踪。
34、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
35、1.主机系统中的调节板块通过对无线信号传输板块发出无线信号，对摄像机内无线信号传输模组以无线信号形式发出控制亮度、焦距等相关参数，再由无线信号传输模组发出电信号，控制补光模组试样亮度、摄像模组摄像头物距，实现在土体内部无光及摄像头保护片与土体零距离接触条件下，对土体内微结构进行观察；同时实现摄像机远程分体式成像，无需手持。
36、2.本专利技术主机对摄像机摄像模组所传输回的图像信息，基于数据处理成像技术进行追踪，处理后可提高目标跟踪关联效率，进而满足成像中颗粒目标跟踪的实时性要求。
37、3.本专利技术具有清晰观察跟踪记录及广泛推广、适用领域强的特点。
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1.一种松散岩土体微结构跟踪成像装置，其特征在于：包括摄像机和主机，所述摄像机包括补光模组、摄像模组、无线信号传输模组，所述补光模组与无线信号传输模组通过电信号连接，所述无线信号传输模组与摄像模组通过电信号双向连接，所述主机中包括调节板块、数据处理板块和无线信号传输板块，所述调节板块、数据处理板块均与无线信号传输板块通过电信号连接，所述无线信号传输模组与无线信号传输板块通过无线信号双向连接，所述调节板块将调节信号传递至无线信号传输板块，所述无线信号传输板块将调节信号发送至摄像机内的无线信号传输模组，无线信号传输模组根据所接收到的信号对补光模组和摄像模组进行控制，所述摄像模组采集图像后将图像数据传输至无线信号传输模组，然后经无线信号传输模组传输至无线信号传输板块，所述无线信号传输板块将图像数据传输至数据处理板块。
2.根据权利要求1所述的一种松散岩土体微结构跟踪成像装置，其特征在于：所述摄像模组的外部设置有透明抗压外壳。
3.根据权利要求2所述的一种松散岩土体微结构跟踪成像装置，其特征在于：所述抗压外壳的外表面套设有防尘罩。
4.根据权利要求2所
5.根据权利要求1所述的一种松散岩土体微结构跟踪成像装置，其特征在于：所述摄像机内各部件之间以及所有电路板上均填充有透明硅胶。
6.一种利用权利要求1-5中任一权利要求所述的松散岩土体微结构跟踪成像装置的自动跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的自动跟踪方法，其特征在于：步骤三中，通过计算相邻时间目标在深度特征空间上的马氏距离，将低于距离阈值的目标进行跟踪关联，实现对目标的跟踪关联输出，并可以获得目标关联批号：
8.根据权利要求6所述的自动跟踪方法，其特征在于：步骤三中，两张相邻时间的图片中，判断为同一目标需要满足三个条件：
...【技术特征摘要】
1.一种松散岩土体微结构跟踪成像装置，其特征在于：包括摄像机和主机，所述摄像机包括补光模组、摄像模组、无线信号传输模组，所述补光模组与无线信号传输模组通过电信号连接，所述无线信号传输模组与摄像模组通过电信号双向连接，所述主机中包括调节板块、数据处理板块和无线信号传输板块，所述调节板块、数据处理板块均与无线信号传输板块通过电信号连接，所述无线信号传输模组与无线信号传输板块通过无线信号双向连接，所述调节板块将调节信号传递至无线信号传输板块，所述无线信号传输板块将调节信号发送至摄像机内的无线信号传输模组，无线信号传输模组根据所接收到的信号对补光模组和摄像模组进行控制，所述摄像模组采集图像后将图像数据传输至无线信号传输模组，然后经无线信号传输模组传输至无线信号传输板块，所述无线信号传输板块将图像数据传输至数据处理板块。
2.根据权利要求1所述的一种松散岩土体微结构跟踪成像装置，其特征在于：所述摄像模组的外部设置有透明抗压外壳...
【专利技术属性】
技术研发人员：田爽，邹佳安，唐亮，曲宝军，翟恒杰，孙宁宁，凌贤长，丛晟亦，孔祥勋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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