[发明专利]一种基于数码图像的隧道掌子面地质调查方法

摘要

本发明公开了一种基于数码图像的掌子面地质调查方法，步骤A、确定目标对象，在隧道掌子面上进行标示；B、利用高分辨率的数码相机对掌子面进行摄像，拍摄完整的掌子面区域；C、通过隧道掌子面上两个标示点的距离和图像中两点像素值，计算实物和图像的比例转换系数；D、对数，进行灰度变换、色彩均衡化、亮度/对比度调整、色相/饱和度调整、图像滤波；E、对数码图像中所有像素计算；F、利用结构面的二值图像计算结构面的延伸长度、单位面积裂隙总延长、结构面线性拟合、结构面视倾角和结构面间距结构面参数，得到掌子面地质调查成果。得到隧道掌子面地质素描图，提高了地质素描速度，提高了地质调查的精度和准确性。

主权项

一种基于数码图像的掌子面地质调查方法，其步骤是：A、确定目标对象，针对隧道掌子面地质调查的要求、目的和详细程度，对隧道掌子面上的岩层界线、岩脉、节理、裂隙等结构面，目标对象选取长度30?35cm之间的结构面，在隧道掌子面上进行标示；B、利用高分辨率的Nikon?D3200数码相机对掌子面进行摄像，采用数码相机拍摄掌子面照片，将数码相机固定在三角架上，将三角架放置于隧道掌子面后方视野开阔处，调整好相机至掌子面距离，以相机能拍摄完整的掌子面区域；C、通过隧道掌子面上两个标示点的距离和图像中相对应的两点像素值，计算实物和图像的比例转换系数；D、对数码图像进行预处理，进行灰度变换、色彩均衡化、亮度/对比度调整、色相/饱和度调整、图像滤波,以弥补实际隧道掌子面数码图像质量上的不足；E、对数码图像中所有像素逐一计算其小波变换模值及梯度方向，提取目标对象的模值作为识别的阈值，扫描图像保留在梯度向上目标对象模值的像素，提取像素生成结构面的二值图像；F、利用结构面的二值图像计算结构面的延伸长度、单位面积裂隙总延长、结构面线性拟合、结构面视倾角和结构面间距结构面参数，得到岩石质量指标RQD及掌子面地质调查成果；所述的步骤A中目标对象选取的是长度30?35cm之间的结构面，根据地质调查的要求、目的和详细程度，长度大于30?35cm之间的结构面才被统计和分析，小于30?35cm之间的结构面将被忽略；所述的步骤B中隧道掌子面的照片采集时间在隧道出渣结束，掌子面危岩体被排除后进行；所述的步骤C中图像比例转换系数a标示点分别在隧道掌子面上的实际距离D和在数码图像上的像素坐标(x1,y1)、(x2,y2)计算，其计算公式为：所述的步骤D中隧道下采集的掌子面图像不但存在曝光不足，图像偏暗，或曝光太足，图像偏亮，通过灰度变换、色彩均衡化、亮度/对比度调整来增强隧道掌子面地质图像对比度，降低隧道掌子面地质图像的噪声,达到增强图像细节，通过图像滤波、图像柔化和图像锐化处理；所述的步骤E中针对图像中的任意像素坐标(x,y)，每个像素的小波变换模值及最大梯度方向的计算分别为：M2jf(x,y)=|ω2jxf(x,y)|2+|ω2jyf(x,y)|2,]]>其中，为小波变换模值，为最大梯度方向，为沿水平方向的梯度矢量，为沿垂直方向的梯度矢量；所述的步骤F中隧道掌子面上结构面长度的计算公式为：Li=1aΣi=1n-1(xi-xi+1)2+(yi-yi+1)2;]]>式中，Lj为第j条裂隙的延伸长度，a为比例转换系数，n为第j条裂隙上拾取的像素坐标的总数，(xi,yi)、(xi+1,yi+1)为隧道掌子面地质图像中第i点和第i+1点的图像像素坐标；所述的步骤F中单位面积裂隙总延长C的计算公式为式中，Li为第i条裂隙的延伸长度，S为隧道掌子面区域的面积；所述步骤F中结构面线性拟合计算方法如下：设n为掌子面上结构面数，第j个结构面上有m个己知像素点坐标的为(xi,yi)，其中，(1≤i≤m)，第j个结构面的线性拟合计算公式为yi＝kjxi+bj(1≤j≤n)，其中，是隧道掌子面上第j条结构面的斜率，bj=A·D-C·BA·m-B·B]]>是隧道掌子面上第j条结构面的截距，A=Σi=1mxi2,B=Σi=1mxi,C=Σi=1myi2,D=Σi=1myi;]]>所述步骤F中结构面视倾角，计算公式为：α＝arctg(kj)，式中，kj为隧道掌子面上第j条结构面的斜率；所述的步骤F中结构面间距计算公式为：式中，a为比例转换系数，bmax为同组结构面拟合直线方程中最大截距值，bmin为同组结构面拟合直线方程中最小截距值，N为同组结构面数量，k为同组结构面倾角平均值的正切值；所述的步骤F中岩石质量指标RQD值的计算公式为其中，di为第i条结构面间距，n为结构面间距大于10cm的数量，Dj为第j条切割线的长度，m为切割线数量。