[发明专利]喀斯特溶洞图像采集监测与成像系统

说明书

本发明公开了一种喀斯特溶洞图像采集监测与成像系统，根据溶洞内地质地貌特点在溶洞内地面规律布置一系列坐标采样平台，依次以各个坐标平台中心为极点建立球极坐标系，在该坐标平台中心布置双目摄像头，或者利用位于坐标平台或无人机上能够转动和俯仰调节的调节机构，使得双目相机的拍照功能和立体标定性能得以提升，测距精度越高，通过对获取的最新图像信息与历史图像信息对比、分析、调整和测试，输出喀斯特溶洞内地址地貌模型和变化区域及变化量度,及温湿度等对应信息的监测,实现对溶洞内地质灾害动态的监测与图像、视频定期且持续监测、监控、记录的功能，可为研究喀斯特地区相关地质模型的建立提供科学的数据支撑。

技术领域

本发明属于图像处理与监测技术领域，具体涉及一种喀斯特溶洞内地质地貌图像采集监测与成像系统。

背景技术

图像信息是人类获取的最重要的信息之一，图像采集在数字图像处理、图像识别等领域应用十分广泛。图像采集的可行性、频率、速度、质量都会直接影响到图像处理的整体效果。由于不同地质土壤侵蚀现象的复杂性，研究中多寻求可靠的方法对侵蚀地貌进行观测分析以期获得其发生机理。对于地质灾害现场图像传输目前只是集中在实现视频监控，然而由于地质灾害监测特性，传输、供电问题使视频监控在地质灾害监测中的应用受到制约。喀斯特溶洞内地形奇特，地质地貌结构复杂，而且有很多溶洞内石笋持续缓慢增长变化，光线不足甚至无光，肉眼无法观测，定期图像采集工作量大，且采集位置不同带来前后数据分析难度大，精度差，而且采集的图像数据不全面。在溶洞内地质灾害的监测、监控、记录、报警的设备中，目前基本上没有将图像、视频集成自动化采集的应用，非常必要有一种能够定期定点且覆盖范围广的高效率采集系统，达到持续对溶洞内地质地貌变化情况进行采集和图像处理，为研究喀斯特地区相关地质建立提供科学的数据支持。

发明内容

设计一套能够用于喀斯特溶洞内部实现定期自动拍照取样与图像处理的监测系统。通过在相应喀斯特溶洞内建立标准位置坐标平台，并结合无人机,达到定期定点图像捕捉和图像处理目的,实现持续的记录信息。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种喀斯特溶洞图像采集监测与成像系统，在溶洞内地面以等间距布置一系列坐标平台，依次以各个坐标平台中心为极点建立球极坐标系，在该坐标平台中心布置双目摄像头，以φ为投影半径，r为极轴半径（球面半径）范围内作为图像采集区，仰视环绕拍照并合成全景球环图像Pi；拍照收集各个坐标平台的图像集P（1，...，i），合成溶洞顶部全景图像；基于单坐标平台的所述仰视环绕拍照，调整摄像头截取极轴半径r范围形成的深度图像A；根据所截取的图像A在不同投影半径φ上根据景象凸凹变化差情况进行边缘检测，得出凸显凸出地貌的边缘图像B；投影半径φ的图像为实际拍照原始图像，景象凸凹变化差是基于双目摄像头测量r的变化差。对边缘图像B进行图像形态学处理（包括提取形态结构特征，如颜色，形状，大小等），处理后的边缘图像C和原深度图像A进行融合，并求取融合后图像的连通域Dj； 对于构成单个坐标平台全景球环原始图像Pi的每个深度图像A，分别求取各深度图像的连通域构成集D（1，...，j），依据每个连通域Dj的形状，面积，极轴半径r差与最近历史数据分别对比判断是否变化；判断是否变化是指凸出地貌的变化。根据判断结果，若没有变化，记录该处凸出地貌的变化部位，作为标记Ei；若有变化，记录该处凸出地貌的变化部位，作为标记Fi，并根据变化部位图像的灰度均值，对其连通域Dj进行分层处理，进一步求取融合后图像的连通域Dj’，依据每个连通域Dj’的形状，面积，极轴半径r差与最近历史数据分别对比获取精确的变化值Qj；将Ei和Fi分别区分标注于顶部全景图像中，将变化值Qj分别区分标注于Fi对应变化的部位。

基于以上系统，通过定期对溶洞内各个坐标平台位置的图像采集，并对这些图像进行处理来获取卡斯特溶洞内的连续历史变化速率和变化幅度曲线图。

在溶洞内地面布置的一系列坐标平台是在溶洞内各个坐标平台位置，提前修建基础平台，并在各基础平台处增设信号发射源，并装配超级电容电池。