本發(fā)明涉及地下工程勘察領(lǐng)域，尤其適用于基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)地質(zhì)編錄通過拉皮尺測(cè)量、米格紙畫線、羅盤量產(chǎn)狀等現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)方式結(jié)合cad矢量化等內(nèi)業(yè)作業(yè)，最終提交成果為二維線段和點(diǎn)標(biāo)記的cad編錄成果，該成果以點(diǎn)、線的形式展示工程部位地質(zhì)信息及相對(duì)位置關(guān)系，工程地質(zhì)信息展示較為有限，無法實(shí)現(xiàn)地質(zhì)全要素信息的直觀展示和成果交付。

2、隨著圖像處理技術(shù)、控制測(cè)量技術(shù)、實(shí)景影像拼接技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)景建模及技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)為測(cè)繪、勘察等專業(yè)提供了更便捷的數(shù)據(jù)采集手段?？梢暬治龊统晒敵黾夹g(shù)也極大地提升了各專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用的作業(yè)效率，降低了業(yè)務(wù)成本。當(dāng)前市政、水利、交通等行業(yè)的施工地質(zhì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了開挖邊坡和洞室的實(shí)景地質(zhì)編錄，通過構(gòu)建三維實(shí)景模型及基于模型的地質(zhì)信息識(shí)別及計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了開挖工程部位地質(zhì)要素的采集和三維可視化成果展示。但是目前還面臨著缺乏滿足施工編錄要求的二維實(shí)景成果問題。

3、已有的二維實(shí)景成果生成方法多由人工在cad中完成對(duì)多張工程部位影像的拼接，依托人工對(duì)臨近照片進(jìn)行拉伸或縮放來相互匹配，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力且技術(shù)門檻高。少數(shù)采用沿洞軸線向洞內(nèi)方向攝影，然后通過提取遠(yuǎn)處邊墻和頂拱部分拼接工程部位影像的路線，但該拍攝方法會(huì)因施工超欠挖引起的局部遮擋導(dǎo)致影像缺失，同時(shí)也存在提取遠(yuǎn)距離側(cè)邊影像導(dǎo)致的影像質(zhì)量差、畸變大等問題，無法適用于正常工程的開挖洞室。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，用于解決施工編錄要求的二維實(shí)景成果問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：

3、本發(fā)明所述的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，包括以下步驟：

4、s1，按照固定拍攝間距布置拍攝點(diǎn)，每個(gè)拍攝點(diǎn)完成開挖洞室水平方向環(huán)狀和頂拱方向的正面影像采集，并通過實(shí)景建模軟件完成開挖洞室空中三角計(jì)算，獲得影像位置坐標(biāo)和影像旋轉(zhuǎn)矩陣；

5、s2，根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙獲得目標(biāo)輸出段洞室的斷面形狀及尺寸，按照目標(biāo)像素輸出開挖洞室展開圖的空像素點(diǎn)矩陣img；

6、s3，反算矩陣img中各像素點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的工程部位及三維空間坐標(biāo)；

7、s4，使用k-means聚類算法和手肘拐點(diǎn)將影像根據(jù)空間位置分成若干子影像組；計(jì)算點(diǎn)p在洞軸線的投影點(diǎn)p'坐標(biāo)和點(diǎn)p'到所有子影像組質(zhì)點(diǎn)的平面距離；取平面距離最小值的子影像組為目標(biāo)影像組a；

8、s5，索引影像組a的影像信息，所述影像信息包括影像名稱、文件路徑、影像平面位置、影像旋轉(zhuǎn)矩陣r、影像主點(diǎn)坐標(biāo)、鏡頭像素焦距f；根據(jù)影像組a的影像信息計(jì)算影像組a的拍攝角度、拍攝范圍；

9、s6，根據(jù)洞軸線走向θ計(jì)算出點(diǎn)p的正面影像要求，包括平面位置和拍攝角度；從影像組a中找到拍攝范圍與平面位置相符且拍攝角度相同的影像照片；

10、s7，根據(jù)點(diǎn)p的三維空間坐標(biāo)反算點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的影像照片的像素位置，獲取點(diǎn)p的rgb值；

11、s8，將矩陣img中各點(diǎn)的rgb值匯總，按照png格式輸出，獲得開挖洞室的實(shí)景影像展開圖。

12、進(jìn)一步地，s2步中所述斷面形狀及尺寸包括直墻段高度、洞室寬度、圓弧段夾角、弧段半徑、洞軸線走向及坡度。

13、進(jìn)一步地，s2步中所述空像素點(diǎn)矩陣img尺寸為n*l*3，從上到下按照左邊墻底-左邊墻頂-頂拱-右邊墻頂-右邊墻底的順序，n為矩陣img的行數(shù)，l為矩陣img的列數(shù)，3為r、g、b的?3個(gè)顏色值。

14、進(jìn)一步地，s3步中所述工程部位包括左壁、頂拱、右壁；所述三維空間坐標(biāo)按照所屬工程部位分別計(jì)算。

15、進(jìn)一步地，所述拍攝角度包括影像拍攝時(shí)，沿x軸、y軸和z軸的旋轉(zhuǎn)角度，遵循順時(shí)針為負(fù)值，逆時(shí)針為正值的原則。

16、進(jìn)一步地，所述點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的影像照片根據(jù)點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的工程部位包括左壁影像照片a、右壁影像照片b、頂拱影像照片c。

17、進(jìn)一步地，s7步中，優(yōu)先在點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的工程部位的影像照片中獲取點(diǎn)p的rgb值；其次在與點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的工程部位相鄰的影像照片中獲取點(diǎn)p的rgb值。

18、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供了一套的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，包含從影像采集、數(shù)據(jù)處理、像素互補(bǔ)提取、像素矩陣輸出圖片的全技術(shù)流程，通過正面高清影像采集和像素提取很好地解決了巖質(zhì)開挖洞室洞壁施工超挖或欠挖導(dǎo)致很多地質(zhì)要素從側(cè)面不可見的問題，可以較好的適用于正常的巖質(zhì)開挖洞室，最大程度減少了影像畸變導(dǎo)致的精度損失，同時(shí)也避免了影像畸變校正的復(fù)雜作業(yè)流程。

19、本發(fā)明通過k-means手肘算法實(shí)現(xiàn)影像組的智能分組，并結(jié)合空像素矩陣點(diǎn)映射開挖洞室的工程坐標(biāo)和坐標(biāo)在洞軸線的投影坐標(biāo)，提取最近影像組的空中三角影像的位置信息和旋轉(zhuǎn)矩陣反算拍攝姿態(tài)信息確定滿足要求的正面影像，在正面影像中計(jì)算對(duì)應(yīng)像點(diǎn)位置后提取rgb值充填像素矩陣，實(shí)現(xiàn)高清無畸變的開挖洞室高清影像展開圖生成，解決了水利水電、市政、交通工程施工地質(zhì)領(lǐng)域的長(zhǎng)久問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，其特征在于：s2步中所述斷面形狀及尺寸包括直墻段高度、洞室寬度、圓弧段夾角、弧段半徑、洞軸線走向及坡度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，其特征在于：s2步中所述空像素點(diǎn)矩陣img尺寸為n*l*3，從上到下按照左邊墻底-左邊墻頂-頂拱-右邊墻頂-右邊墻底的順序，n為矩陣img的行數(shù)，l為矩陣img的列數(shù)，3為r、g、b的?3個(gè)顏色值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，其特征在于：s3步中所述工程部位包括左壁、頂拱、右壁；所述三維空間坐標(biāo)按照所屬工程部位分別計(jì)算。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，其特征在于：所述拍攝角度包括影像拍攝時(shí)，沿x軸、y軸和z軸的旋轉(zhuǎn)角度，遵循順時(shí)針為負(fù)值，逆時(shí)針為正值的原則。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，其特征在于：所述點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的影像照片根據(jù)點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的工程部位包括左壁影像照片a、右壁影像照片b、頂拱影像照片c。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，其特征在于：s7步中，優(yōu)先在點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的工程部位的影像照片中獲取點(diǎn)p的rgb值；其次在與點(diǎn)p對(duì)應(yīng)的工程部位相鄰的影像照片中獲取點(diǎn)p的rgb值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，提供了一套的基于臨近正面影像互補(bǔ)的洞室影像展開圖生成方法，包含從影像采集、數(shù)據(jù)處理、像素互補(bǔ)提取、像素矩陣輸出圖片的全技術(shù)流程，通過正面高清影像采集和像素提取很好地解決了巖質(zhì)開挖洞室洞壁施工超挖或欠挖導(dǎo)致很多地質(zhì)要素從側(cè)面不可見的問題，可以較好的適用于正常的巖質(zhì)開挖洞室，最大程度減少了影像畸變導(dǎo)致的精度損失，同時(shí)也避免了影像畸變校正的復(fù)雜作業(yè)流程。

技術(shù)研發(fā)人員：楊楠,王泉偉,劉建磊,裴麗娜,杜朋召,高平,王富強(qiáng),賈聿頡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15