一種利用圓形標(biāo)記點(diǎn)觀測(cè)邊坡三維變形的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于巖土工程監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用圓形標(biāo)記點(diǎn)觀測(cè)邊坡三維變形的方法。本發(fā)明的目的在于找到一種更方便有效的監(jiān)測(cè)邊坡變形的方法。提出用雙目視覺(jué)系統(tǒng)，并通過(guò)標(biāo)記圓形特征點(diǎn)來(lái)觀測(cè)邊坡三維變形。通過(guò)對(duì)標(biāo)記在邊坡的斜坡上的一系列有規(guī)律的圓形特征點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，得到每一時(shí)刻所有標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)，然后通過(guò)程序?qū)⒍S坐標(biāo)兩兩匹配，得到空間三維坐標(biāo)。這樣就可以得到邊坡表層土的三維信息，從而實(shí)現(xiàn)位移的觀測(cè)。本發(fā)明開(kāi)創(chuàng)性的將圓形標(biāo)記點(diǎn)與雙目視覺(jué)系統(tǒng)相結(jié)合，只需要簡(jiǎn)單的標(biāo)記圓形點(diǎn)、雙相機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)及圖像處理用計(jì)算機(jī)就可以完成對(duì)邊坡表層變形的觀測(cè)。大大減小了一些傳統(tǒng)方法人力物力時(shí)間的投入，并且觀察效果良好，直觀。
【專利說(shuō)明】一種利用圓形標(biāo)記點(diǎn)觀測(cè)邊坡三維變形的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種利用圓形標(biāo)記點(diǎn)觀測(cè)邊坡三維變形的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)際工程中，在對(duì)邊坡的穩(wěn)定性等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，邊坡的表層形變是表征邊坡?tīng)顟B(tài)發(fā)生改變的最為顯著的一點(diǎn)。如果能夠?qū)吰碌奈灰七M(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)并能夠預(yù)測(cè)出邊坡的形變趨勢(shì)，就能盡早的采取相關(guān)的措施，這將大大減少邊坡滑動(dòng)等問(wèn)題帶來(lái)的危害。
[0003]傳統(tǒng)的邊坡監(jiān)測(cè)方法如位移計(jì)、測(cè)斜管、人工觀測(cè)等，都因?yàn)榧夹g(shù)和條件等的限制在一定程度上存在效率低小、成本較高、檢測(cè)精確度低等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別及處理技術(shù)的日益提高，非接觸式的圖像測(cè)量方法在監(jiān)測(cè)變形等領(lǐng)域越來(lái)越多的得到重視，其采用圖像識(shí)別與處理的技術(shù)達(dá)成對(duì)目標(biāo)參數(shù)的獲取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位移進(jìn)行測(cè)量的要求。該方法成本低，便于實(shí)施，不需后期維護(hù)等，這些特點(diǎn)使其適用于邊坡表層變形的觀測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于找到一種更方便有效的監(jiān)測(cè)邊坡變形的方法。提出用雙目視覺(jué)系統(tǒng)，并通過(guò)標(biāo)記圓形特征點(diǎn)來(lái)觀測(cè)邊坡三維變形。通過(guò)對(duì)標(biāo)記在邊坡的斜坡上的一系列有規(guī)律的圓形特征點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，得到每一時(shí)刻所有標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)，然后通過(guò)程序?qū)⒍S坐標(biāo)兩兩匹配，得到空間三維坐標(biāo)。這樣就可以得到邊坡表層土的三維信息，從而實(shí)現(xiàn)位移的觀測(cè)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種利用圓形標(biāo)記點(diǎn)觀測(cè)邊坡三維變形的方法，步驟如下:
[0007](I)根據(jù)實(shí)際需要的土樣和模型大小，堆建邊坡模型，測(cè)量堆建邊坡模型的高度、下邊長(zhǎng)、上邊長(zhǎng)和寬度四個(gè)尺寸的數(shù)據(jù)。
[0008](2)在上述邊坡模型的斜坡面上標(biāo)記一系列有規(guī)律的圓形標(biāo)記點(diǎn)。
[0009](3)在正視或俯視邊坡模型的斜坡面的方向上架設(shè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，雙目視覺(jué)系統(tǒng)中相機(jī)與邊坡模型的斜坡面的距離根據(jù)實(shí)際情況調(diào)控。
[0010](4)測(cè)試前先用黑白格標(biāo)定板對(duì)雙目視覺(jué)系統(tǒng)中的兩臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。先使用MATLAB相機(jī)標(biāo)定工具箱的單相機(jī)標(biāo)定法分別對(duì)兩臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，再通過(guò)基于VS2010的OpenCV相機(jī)標(biāo)定將兩個(gè)已單獨(dú)標(biāo)定好的相機(jī)進(jìn)行立體標(biāo)定。
[0011](5)測(cè)試時(shí)，通過(guò)在邊坡模型的上平面進(jìn)行分級(jí)加壓的方式來(lái)使邊坡變形，雙相機(jī)以相同的時(shí)間間隔拍攝邊坡的變形過(guò)程，直至邊坡出現(xiàn)明顯變形破壞，拍攝結(jié)束。
[0012](6)測(cè)試結(jié)束，對(duì)上述雙相機(jī)拍攝采集到的邊坡變形過(guò)程的圖像對(duì)進(jìn)行篩選，選取每級(jí)加壓前和加壓后的圖片，并在每級(jí)加壓穩(wěn)定后每隔相同時(shí)間選取一幅圖像。將上述選定的圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、濾波等預(yù)處理，預(yù)處理的原則是使圖像上的圓形標(biāo)記點(diǎn)能夠清楚的被計(jì)算機(jī)識(shí)別。
[0013](7)分別對(duì)上述進(jìn)行過(guò)預(yù)處理的每對(duì)圖像進(jìn)行立體匹配，得到立體校正后的新圖像對(duì)。
[0014](8)利用基于％2010的橢圓擬合方法提取出新圖像對(duì)中的圓形標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)。
[0015](9)根據(jù)相機(jī)的成像原理，將新圖像對(duì)中相互對(duì)應(yīng)點(diǎn)的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的三維坐標(biāo)，得到每個(gè)時(shí)刻所有圓形標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0016](10)根據(jù)上述的三維坐標(biāo)得到圓形標(biāo)記點(diǎn)隨時(shí)間的空間位置變化，再根據(jù)邊坡模型的實(shí)際尺寸，也可以計(jì)算出實(shí)際空間中標(biāo)記點(diǎn)的位置變化情況，達(dá)到觀測(cè)整個(gè)邊坡的變形的目的。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:開(kāi)創(chuàng)性的將圓形標(biāo)記點(diǎn)與雙目視覺(jué)系統(tǒng)相結(jié)合，只需要簡(jiǎn)單的標(biāo)記圓形點(diǎn)、雙相機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)及圖像處理用計(jì)算機(jī)就可以完成對(duì)邊坡表層變形的觀測(cè)。大大減小了一些傳統(tǒng)方法人力物力時(shí)間的投入，并且觀察效果良好，直觀。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合技術(shù)方案，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0019]實(shí)施例
[0020](1)使用公徑篩對(duì)河砂進(jìn)行過(guò)篩，用得到河砂堆建邊坡模型，測(cè)量取得堆建好的邊坡模型的高度、下邊長(zhǎng)、上邊長(zhǎng)、寬度四個(gè)尺寸分別為:25.40111,60.80111,28.90111,
18.501110
[0021](2)在上述邊坡模型的斜坡面上標(biāo)記15*15規(guī)格的圓形標(biāo)記點(diǎn)，相鄰點(diǎn)之間的間隔為 1(3111。
[0022](3)在正視邊坡模型的斜坡面的方向上架設(shè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，雙相機(jī)距離模型的下邊緣約1.5111。
[0023](4)測(cè)試前先用黑白格標(biāo)定板對(duì)雙目視覺(jué)系統(tǒng)中的兩臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。先使用^11^8相機(jī)標(biāo)定工具箱的單相機(jī)標(biāo)定法分別對(duì)兩臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，再通過(guò)基于％2010的
相機(jī)標(biāo)定將兩個(gè)已單獨(dú)標(biāo)定好的相機(jī)進(jìn)行立體標(biāo)定。
[0024](5)測(cè)試時(shí)，通過(guò)在邊坡模型的上平面累加單個(gè)質(zhì)量為10%，底面直徑為15(^的圓形砝碼進(jìn)行分級(jí)加壓，每級(jí)加載間隔時(shí)間為1分鐘。雙相機(jī)同時(shí)以1秒的時(shí)間間隔拍攝邊坡的變形過(guò)程，直至邊坡出現(xiàn)明顯變形破壞，拍攝結(jié)束。
[0025](6)測(cè)試結(jié)束，對(duì)上述雙相機(jī)拍攝采集到的邊坡變形過(guò)程的圖像對(duì)進(jìn)行篩選，選取每級(jí)加壓前和加壓后的圖片，并每隔10秒鐘選取一副每級(jí)加載間隔時(shí)間中的圖像，共選定34對(duì)圖像。將上述選定的圖像進(jìn)行了圖像增強(qiáng)、平滑濾波、椒鹽去噪操作。
[0026](7)分別對(duì)上述進(jìn)行過(guò)預(yù)處理的每對(duì)圖像進(jìn)行立體匹配，得到立體校正后的新圖像對(duì)。
[0027](8)利用基于％2010的橢圓擬合方法提取出新圖像對(duì)中的圓形標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)。
[0028](9)根據(jù)相機(jī)的成像原理，將新圖像對(duì)中相互對(duì)應(yīng)點(diǎn)的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的三維坐標(biāo)，得到每個(gè)時(shí)刻所有圓形標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0029](10)根據(jù)上述的三維坐標(biāo)得到了圓形標(biāo)記點(diǎn)隨時(shí)間的空間位置變化圖，再根據(jù)邊坡模型的實(shí)際尺寸，也可以計(jì)算出實(shí)際空間中標(biāo)記點(diǎn)的位置變化情況，達(dá)到觀測(cè)整個(gè)邊坡的變形的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種利用圓形標(biāo)記點(diǎn)觀測(cè)邊坡三維變形的方法，其特征在于，步驟如下: (1)根據(jù)實(shí)際需要的土樣和模型大小，堆建邊坡模型，獲取堆建邊坡模型的高度、下邊長(zhǎng)、上邊長(zhǎng)和寬度； (2)在上述邊坡模型的斜坡面上標(biāo)記一系列有規(guī)律的圓形標(biāo)記點(diǎn)； (3)在正視或俯視邊坡模型的斜坡面方向上架設(shè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，雙目視覺(jué)系統(tǒng)中的相機(jī)與邊坡模型的斜坡面的距離根據(jù)實(shí)際情況調(diào)控； (4)測(cè)試前先用黑白格標(biāo)定板對(duì)雙目視覺(jué)系統(tǒng)中的兩臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，先使用MATLAB相機(jī)標(biāo)定工具箱的單相機(jī)標(biāo)定法分別對(duì)兩臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，再通過(guò)基于VS2010的OpenCV相機(jī)標(biāo)定將兩個(gè)已單獨(dú)標(biāo)定好的相機(jī)進(jìn)行立體標(biāo)定； (5)測(cè)試時(shí)，通過(guò)在邊坡模型的上平面進(jìn)行分級(jí)加壓的方式來(lái)使邊坡模型變形，雙相機(jī)以相同的時(shí)間間隔拍攝邊坡模型的變形過(guò)程，直至邊坡模型出現(xiàn)明顯變形破壞，拍攝結(jié)束； (6)測(cè)試結(jié)束，對(duì)上述雙相機(jī)拍攝采集到的邊坡模型變形過(guò)程的圖像對(duì)進(jìn)行篩選，選取每級(jí)加壓前和加壓后的圖片對(duì)，并在每級(jí)加壓穩(wěn)定后每隔相同時(shí)間選取一幅圖像；將上述選定的圖像對(duì)進(jìn)行圖像增強(qiáng)和濾波預(yù)處理，預(yù)處理的原則是使圖像上的圓形標(biāo)記點(diǎn)能夠清楚的被計(jì)算機(jī)識(shí)別； (7)分別對(duì)上述進(jìn)行過(guò)預(yù)處理的每對(duì)圖像進(jìn)行立體匹配，得到立體校正后的新圖像對(duì)； (8)利用基于VS2010的OpenCV橢圓擬合方法提取出新圖像對(duì)中的圓形標(biāo)記點(diǎn)的二維坐標(biāo)； (9)根據(jù)相機(jī)的成像原理，將新圖像對(duì)中相互對(duì)應(yīng)點(diǎn)的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的三維坐標(biāo)，得到每個(gè)時(shí)刻圖像中所有圓形標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo)； (10)根據(jù)上述三維坐標(biāo)得到圓形標(biāo)記點(diǎn)隨時(shí)間的空間位置變化，再根據(jù)邊坡模型的實(shí)際尺寸，計(jì)算出實(shí)際空間中標(biāo)記點(diǎn)的位置變化情況，進(jìn)而觀測(cè)整個(gè)邊坡模型的變形。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104501735SQ201410817771
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】于紳坤, 趙紅華, 杜海, 常艷, 雷振坤 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)