[发明专利]一种盾构隧道表面图像标定方法、拼接方法及拼接系统

说明书

本发明公开了一种盾构隧道表面图像标定方法、拼接方法及拼接系统，属于隧道检测领域。包括：保证每个相机的光轴与隧道表面垂直，每个相机的视场角至少为θ＝(α‑δ(n‑1))/n；在隧道表面的每个视场范围重叠区域贴标定纸，使得每个重叠区域包括若干候选待标定马鞍点；每个相机同时采集一张隧道表面图像；找出同时拍摄到且质量最佳的候选待标定马鞍点，作为相邻相机的待标定马鞍点；计算每张隧道表面图像的每个待标定马鞍点坐标信息。本发明选择视场重叠区域的马鞍点作为标定点，只需拍摄一张高质量的图像，易于操作，且适用于隧道环境。通过扭曲图像和平面图像的映射关系，将隧道的曲平面展开成平面，实现在同一坐标系下的拼接，成本较低，时间短，更符合视觉效果。

技术领域

本发明属于隧道检测领域，更具体地，涉及一种盾构隧道表面图像标定方法、拼接方法及拼接系统。

背景技术

在检测隧道裂缝时，由于需要知道裂缝的位置、长度和宽度，以及考虑到整体隧道轮廓的可视性，需要进行拼图，从而获得全景图像。

在待拼接的图像中，以一幅图像作为参考图像，其它图像则称为目标图像。图像配准需要将目标图像进行空间几何变换使得与参考图像对齐。现有的图像拼接算法可以分为基于区域和基于特征的算法。基于区域灰度强度的拼接方法是通过模板在拼接图像中寻找与参考图像相似度最高的模版，从而找到最佳的配准位置。由于隧道图像的灰度强度变换较小，这种方法并不适用。基于特征的拼接方法则是通过匹配几幅图像中相似度最高的特征点，来找到最好的拼接效果，特征点为角点、线或轮廓，基于特征的配准算法包括：Harri角点检测算法、SIFT尺度不变转换算法、SURF尺度不变算法等。由于隧道中可能不存在特征点，所以这种方法也失效。

利用数字图像进行盾构隧道裂缝识别时，需要进行相机标定。目前数码相机标定技术大致可分为两类，主动标定法和被动标定法。被动标定法即是传统的摄像机标定方法，其特点是利用已知的景物结构信息，如已知坐标的标志点等对图像的信息进行计算，从而获取摄像机的内部参数和畸变参数。主动标定法的特点是不依赖于标定参照物，只利用相机在运动过程中周围环境图像之间的对应关系或图像自身的各类几何约束关系(如灭点关系)，对相机进行标定，但要求相机的运动是精确已知的。目前基于主动视觉相机自标定方法可分为两类：第一种是由马颂德在1996年提出的通过相机在三维空间内作多组三正交运动来求解相机内方位元素的方法，吴福朝、胡占义等于2001年将其方法进一步改进，提出基于多组两正交运动的主动视觉标定方法；另一种方法是由Richard Hartley提出的通过相机的纯旋转来求解内方位元素的方法。由此可知这些标定方法不是很复杂，就是操作起来很困难。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术标定复杂、不适用于曲面结构，需要大量相机导致拼接成本高、不适用于曲面结构的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种盾构隧道表面图像标定方法，所述方法包括：

S1.选用n个相机组成相机组，保证每个相机的光轴与隧道表面垂直，每个相机的视场角至少为θ＝(α-δ(n-1))/n，其中，α为相机组总视场，δ为重叠视场角；

S2.计算每个相机的视场范围，找出每两个相机的视场范围重叠区域；

S3.在隧道表面的每个视场范围重叠区域贴标定纸，使得每个重叠区域包括至少一个候选待标定马鞍点，所述标定纸上包括被相互垂直的直径分为黑白对称的四格的圆形，其圆心为候选待标定马鞍点；

S4.每个相机同时采集一张隧道表面图像；

S5.从第i个相机和第i+1个相机拍摄的隧道表面图像中，找出同时拍摄到且质量最佳的候选待标定马鞍点，作为这两个相机的待标定马鞍点，i＝1,2,3,4,5；

S6.计算每张隧道表面图像的每个待标定马鞍点坐标信息。