[发明专利]一种融合激光点云与全景图像的隧洞病害检测方法

权利要求书

1.一种融合激光点云与全景图像的隧洞病害检测方法，其特征在于：包括以下的步骤：

S1、通过激光扫描仪扫描隧洞断面轮廓，获得隧洞表观病害的点云特征，同时通过全景相机记录输水隧洞全景图像，获得隧洞表观病害的图像特征；

S2、对所述隧洞表观病害的点云特征和图像特征进行提取，提取的点云特征表示为：，为点云特征，分别为扫描断面内候选病害点的位置、宽度、深度、反射强度和空间关系，L和S分别为候选病害区域的长度和形状；提取的图像特征表示为：，其中为图像特征，G表示图像灰度；

S3、将点云特征和图像特征进行融合，建立点云中每个点与图像中像素的对应关系，将点云中的候选病害区域传递到图像中；所述步骤S3，包括以下的步骤：

S31、计算激光测点在全景相机坐标系下的柱面等距投影坐标为：

全景相机采用鱼眼镜头，以全景相机的投影中心为原点，每一个离散的激光测点与坐标原点都将构成一条对应的三维向量光线，建立以原点为球心，以为半径的球面模型，沿方向将激光测点投影到球面模型上，形成球面极坐标系下的投影点，建立以为投影半径，以过原点的竖直方向直线为轴心的投影圆柱模型，其中为激光测点在球面坐标系下投影点的极坐标，为激光测点在柱面等距投影坐标系下的坐标，为激光测点与坐标原点的距离；

S32、计算全景图像像点在全景相机坐标系下的柱面等距投影坐标为：

全景相机采用鱼眼镜头，将鱼眼成像模型等效为一个半球面，以全景相机的投影中心为原点，建立以原点为球心，以为半径的球面模型，对于球面极坐标系下的像点，其中表示入射角，表示像点在相平面的投影角，为鱼眼镜头的焦距，根据鱼眼镜头等距投影公式可知像高；

S33、通过互信息方法，求解互信息的最大值，计算激光测点与全景图像像素的对应关系，将病害候选区域传递到全景图像中；所述步骤S33，包括以下的步骤：

S331、定义与的互信息MI为：

激光测点包含位置和反射强度两种属性，点云原始反射强度经过转换后在柱面等距投影下表示为，全景图像像点在柱面等距投影下表示为，是点云反射强度点集中的点，是全景相机灰度点集中的点，是和的联合分布，和分别为和的边际分布，表示X的微元，表示y的微元；

S332、获得的最大值，此时I和G几何对齐；

S333、计算激光点云和全景图像之间的对应关系；

S334、将病害候选区域传递到全景图像中；

S4、将图像中的候选病害区域作为裂缝种子点，通过生长与连通算法，将裂缝种子点填满图像中的病害区域和干扰区域，将病害区域和干扰区域的点云特征和图像特征输入到分类器中进行分类识别，识别出裂缝。

2.如权利要求1所述的一种融合激光点云与全景图像的隧洞病害检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述隧洞表观病害的图像特征包括颜色特征。

3.如权利要求1所述的一种融合激光点云与全景图像的隧洞病害检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，对所述隧洞表观病害的点云特征进行提取，包括以下的步骤：

S201、通过扫描断面修正和断面滤波，将扫描断面与标准断面配准，定位连续扫描断面上的候选病害点；

S202、通过点云聚类将连续扫描断面上的候选病害点聚类成一个个离散的候选病害区域；

S203、提取连续扫描断面内候选病害点的特征，包括反射强度i、位置p、宽度W、深度D和空间关系SR，以及候选病害区域的长度L和形状S，提取的点云特征表示为：，为点云特征。

4.如权利要求3所述的一种融合激光点云与全景图像的隧洞病害检测方法，其特征在于：所述步骤S201中，所述扫描断面修正采用分段椭圆拟合算法，将扫描断面修正到隧洞横断面上。

5.如权利要求3所述的一种融合激光点云与全景图像的隧洞病害检测方法，其特征在于：所述步骤S201中，所述扫描断面滤波采用小波变换算法，将扫描断面变换成连续半径分布波形，半径上的高频分量即表示扫描断面上的异常点。