一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廊測(cè)量方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廊測(cè)量方法及裝置，該測(cè)量方法包括：將結(jié)構(gòu)光源安裝在測(cè)量車(chē)上，使結(jié)構(gòu)光源發(fā)出的平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁相交，在內(nèi)壁上形成指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的斷面輪廓的標(biāo)識(shí)光條；將若干個(gè)圖形傳感器安裝在測(cè)量車(chē)上，使該若干個(gè)圖形傳感器的取景范圍共同組成一個(gè)類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍，并且標(biāo)識(shí)光條完全納入類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中；對(duì)若干個(gè)圖形傳感器統(tǒng)一進(jìn)行共面標(biāo)定，獲取平面上二維坐標(biāo)和像素坐標(biāo)的映射關(guān)系；驅(qū)動(dòng)測(cè)量車(chē)沿受測(cè)隧道軸向行進(jìn)，并沿途進(jìn)行圖像采集，通過(guò)映射關(guān)系換算出標(biāo)識(shí)光條二維世界坐標(biāo)，與各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息組合成受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)式測(cè)量，并且測(cè)量速度快、精度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廊測(cè)量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道斷面輪廊測(cè)量方法及裝置，具體地說(shuō)是一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廊測(cè)量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道交通已經(jīng)成為解決城市交通擁擠問(wèn)題最有效的措施，大量的隧道工程正在或?qū)⒁度虢ㄔO(shè)，修建好的隧道輪廊變形與安全檢測(cè)，已成為保障軌道交通運(yùn)營(yíng)安全的重大舉措。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，主要采用螺旋掃描法對(duì)隧道斷面輪廓進(jìn)行測(cè)量，該方法將發(fā)射點(diǎn)激光的激光器安裝在測(cè)量車(chē)上，在測(cè)量車(chē)在沿隧道行進(jìn)的過(guò)程中，使激光器繞隧道軸向旋轉(zhuǎn)，以在隧道內(nèi)壁形成螺旋激光軌跡，通過(guò)配套的儀器獲取過(guò)程中激光器到隧道的距離，即可獲得受測(cè)隧道內(nèi)壁的全斷面輪廓。
[0004]上述螺旋掃描法存在以下不足:由于受測(cè)隧道內(nèi)壁的全斷面輪廓往往形狀不規(guī)貝U，存在因施工誤差而造成的各種變形缺陷，上述螺旋掃描法以離散取點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)掃描方法對(duì)隧道全斷面進(jìn)行測(cè)量，對(duì)隧道斷面的測(cè)量密度低，斷面輪廓信息不全面，容易造成變形缺陷區(qū)域的漏測(cè)，測(cè)量出的隧道全斷面輪廓精度低。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，也有采用單個(gè)圖像傳感器對(duì)隧道斷面輪廓進(jìn)行測(cè)量的方法，但首先受限于單個(gè)圖像傳感器的分辨率限制，難以對(duì)大尺寸的隧道輪廊進(jìn)行一次成型測(cè)量，其次，需要采用柔性坐標(biāo)尺對(duì)隧道斷面輪廓進(jìn)行標(biāo)識(shí)，測(cè)量速度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

.[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廊測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道全斷面輪廓的移動(dòng)式測(cè)量，具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供實(shí)現(xiàn)上述方法的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廊測(cè)量
>J-U ρ?α裝直。
[0008]本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過(guò)以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量方法，其特征在于:所述的測(cè)量方法包括以下步驟:
[0010](SI)將結(jié)構(gòu)光源安裝在停放于受測(cè)隧道中的測(cè)量車(chē)上，使結(jié)構(gòu)光源發(fā)出的平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁相交，用以在內(nèi)壁上形成指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的斷面輪廓的標(biāo)識(shí)光條，其中，所述受測(cè)隧道中鋪設(shè)有沿隧道軸向延伸的軌道，所述測(cè)量車(chē)設(shè)置在該軌道上；
[0011](S2)將若干個(gè)圖形傳感器安裝在所述測(cè)量車(chē)上，使該若干個(gè)圖形傳感器的取景范圍共同組成一個(gè)類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍，并且所述標(biāo)識(shí)光條完全納入該類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中；
[0012](S3)在測(cè)量車(chē)靜態(tài)狀況下，對(duì)所述若干個(gè)圖形傳感器統(tǒng)一進(jìn)行坐標(biāo)映射標(biāo)定，用以獲取平面結(jié)構(gòu)光中任意一點(diǎn)的二維世界坐標(biāo)與該點(diǎn)在所述圖形傳感器采集的圖像中的像平面坐標(biāo)之間的映射關(guān)系；[0013](S4)保持所述各個(gè)圖形傳感器的取景范圍與平面結(jié)構(gòu)光之間的相對(duì)位置關(guān)系不變，驅(qū)動(dòng)所述測(cè)量車(chē)在軌道上沿受測(cè)隧道軸向行駛，并沿途用所述各個(gè)圖形傳感器對(duì)標(biāo)識(shí)光條進(jìn)行圖像采集，通過(guò)所述映射關(guān)系換算出沿途各個(gè)采集點(diǎn)的標(biāo)識(shí)光條二維世界坐標(biāo)，與所述各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息組合成受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)。
[0014]為了提高斷面輪廓數(shù)據(jù)的精度，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁正交或者接近于正交，使所述標(biāo)識(shí)光條指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的橫斷面輪廓。
[0015]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述結(jié)構(gòu)光源包括三支或以上傳播方向發(fā)散設(shè)置的一字線(xiàn)激光器，并且所述各支一字線(xiàn)激光器的激光平面共面組合成所述平面結(jié)構(gòu)光。
[0016]為了確保標(biāo)識(shí)光條能完全納入類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中，同時(shí)保證本發(fā)明測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)自檢及分精度提高，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，相鄰兩個(gè)所述圖形傳感器的取景范圍部分重疊。
[0017]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，步驟(S3)中，對(duì)所述若干個(gè)圖形傳感器的坐標(biāo)映射標(biāo)定包括以下步驟:
[0018]先將標(biāo)定板懸掛在測(cè)量車(chē)前方，使標(biāo)定板上的棋盤(pán)格平面與所述平面結(jié)構(gòu)光重合，并且所述若干個(gè)圖形傳感器的類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍完全落在棋盤(pán)格范圍之內(nèi)；然后暫時(shí)關(guān)閉所述平面結(jié)構(gòu)光，用各個(gè)圖形傳感器對(duì)棋盤(pán)格進(jìn)行圖像采集；再以采集到的圖像中的棋盤(pán)格作為所述平面結(jié)構(gòu)光的像平面坐標(biāo)，計(jì)算出所述映射關(guān)系。
[0019]為了使測(cè)量車(chē)在隧道中能平穩(wěn)行進(jìn)，避免測(cè)量車(chē)姿態(tài)變化對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，利用所述受測(cè)隧道中鋪設(shè)的沿隧道軸向延伸的軌道，所述檢測(cè)車(chē)設(shè)置在該軌道上并沿軌道行駛。
[0020]為了克服測(cè)量車(chē)姿態(tài)變化對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，提高測(cè)量結(jié)果的精度，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的測(cè)量方法還包括以下步驟:
[0021](S5)用姿態(tài)校正單元對(duì)沿受測(cè)隧道軸向行進(jìn)過(guò)程中的所述測(cè)量車(chē)進(jìn)行姿態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)到的姿態(tài)數(shù)據(jù)校正所述受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)。
[0022]本發(fā)明的第二個(gè)目的是通過(guò)以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0023]一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量裝置，其特征在于:所述的測(cè)量裝置包括處理器、工作于受測(cè)隧道中的測(cè)量車(chē)、發(fā)出平面結(jié)構(gòu)光的結(jié)構(gòu)光源和若干個(gè)對(duì)于所述平面結(jié)構(gòu)光所在平面統(tǒng)一進(jìn)行坐標(biāo)映射標(biāo)定過(guò)的圖形傳感器，其中，所述受測(cè)隧道中鋪設(shè)有沿隧道軸向延伸的軌道，所述測(cè)量車(chē)設(shè)置在該軌道上；所述結(jié)構(gòu)光源和若干個(gè)圖形傳感器分別安裝在測(cè)量車(chē)上并且相對(duì)位置關(guān)系穩(wěn)固不變，所述若干個(gè)圖形傳感器的取景范圍共同組成一個(gè)類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍，所述平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁相交并在內(nèi)壁上形成指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的斷面輪廓相標(biāo)識(shí)光條，該標(biāo)識(shí)光條完全納入所述類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中，所述測(cè)量車(chē)在軌道上沿受測(cè)隧道軸向行駛，各個(gè)圖形傳感器沿途對(duì)所述標(biāo)識(shí)光條進(jìn)行圖像采集，所述處理器依據(jù)所述若干個(gè)圖形傳感器坐標(biāo)映射標(biāo)定獲得的平面結(jié)構(gòu)光中任意一點(diǎn)的二維世界坐標(biāo)與該點(diǎn)在所述圖形傳感器采集的圖像中的像平面坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，換算出沿途各個(gè)采集點(diǎn)的標(biāo)識(shí)光條二維世界坐標(biāo)，并與所述各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息組合成受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)。
[0024]為了提高斷面輪廓數(shù)據(jù)的精度，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁正交或者接近于正交，所述標(biāo)識(shí)光條指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的橫斷面輪廓。[0025]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述結(jié)構(gòu)光源包括三支或以上傳播方向發(fā)散設(shè)置的一字線(xiàn)激光器，并且所述各支一字線(xiàn)激光器的激光平面共面并環(huán)狀發(fā)散組合成所述平面結(jié)構(gòu)光。
[0026]為了確保標(biāo)識(shí)光條能完全納入類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中，同時(shí)保證本發(fā)明測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)自檢及分精度提高，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，相鄰兩個(gè)所述圖形傳感器的取景范圍部
分重疊。
[0027]為了使測(cè)量車(chē)在隧道中能平穩(wěn)行進(jìn)，避免測(cè)量車(chē)姿態(tài)變化對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，利用所述隧道中鋪設(shè)的沿隧道軸向延伸的軌道，所述測(cè)量車(chē)設(shè)置在該軌道上并沿軌道行駛。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0029]第一，本發(fā)明基于視覺(jué)測(cè)量的方式，利用平面結(jié)構(gòu)光在受測(cè)隧道內(nèi)壁上形成指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的斷面輪廓的標(biāo)識(shí)光條，能夠?qū)崿F(xiàn)在本發(fā)明的測(cè)量裝置移動(dòng)的情況下，連續(xù)快速對(duì)隧道斷面輪廓幾何特征進(jìn)行標(biāo)識(shí)，而圖像傳感器也能在測(cè)量全過(guò)程中進(jìn)行高密度，因此，本發(fā)明對(duì)大尺寸隧道斷面輪廓的采樣密度高，可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷面輪廓的連續(xù)采樣，對(duì)隧道全斷面的輪廓一次成型，得出的全斷面輪廓平滑度高；
[0030]第二，本發(fā)明采用多個(gè)圖像傳感器對(duì)表征隧道斷面輪廓的標(biāo)識(shí)光條進(jìn)行圖像采集，每個(gè)圖像傳感器獲取標(biāo)識(shí)光條的其中一段，根據(jù)隧道內(nèi)壁的實(shí)際情況，選擇設(shè)置圖像傳感器的數(shù)量和各個(gè)圖像傳感器的分辨率，實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸隧道斷面的一次全面覆蓋，并對(duì)其凹凸部位進(jìn)行高清采集，因此，本發(fā)明能夠以最低的成本測(cè)量出精度最高的隧道全斷面輪廓；
[0031]第三，本發(fā)明利用平面結(jié)構(gòu)光與標(biāo)定板對(duì)所有圖像傳感器統(tǒng)一進(jìn)行坐標(biāo)映射標(biāo)定，獲取平面結(jié)構(gòu)光中任意一點(diǎn)的二維世界坐標(biāo)與該點(diǎn)在所述圖形傳感器采集的圖像中的像平面坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，并且由于結(jié)構(gòu)光本身在遮擋物表面漫反射形成光條的特性，能夠準(zhǔn)確的判斷出標(biāo)定板上的棋盤(pán)格平面與平面結(jié)構(gòu)光是否重合，因此，本發(fā)明能夠精確的標(biāo)定所有圖像傳感器和平面結(jié)構(gòu)光的空間幾何關(guān)系，使得測(cè)量出的隧道全斷面輪廓更為精確；
[0032]第四，本發(fā)明的圖像傳感器和結(jié)構(gòu)光源設(shè)置在測(cè)量車(chē)上，協(xié)同工作下即能在行進(jìn)中對(duì)隧道斷面輪廓進(jìn)行測(cè)量，因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道斷面輪廓的移動(dòng)式測(cè)量，具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)；
[0033]第五，本發(fā)明適用范圍廣，可以廣泛使用在直徑I米到20米，測(cè)量分辨率、精度在0.05?50mm的各種空心內(nèi)腔，如隧道的測(cè)量中；并且本發(fā)明適用于各種截面形狀的隧道中，如圓形截面、方形截面的隧道。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0035]圖1為本發(fā)明的測(cè)量裝置對(duì)隧道斷面輪廓進(jìn)行測(cè)量的示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)光源在隧道內(nèi)壁形成標(biāo)識(shí)光條的示意圖；
[0037]圖3為本發(fā)明的各個(gè)圖像傳感器取景范圍與標(biāo)識(shí)光條的位置關(guān)系示意圖；
[0038]圖4為本發(fā)明進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，各個(gè)圖像傳感器取景范圍與標(biāo)定板棋盤(pán)格的位置關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]如圖1至3所示，本發(fā)明的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量裝置包括處理器(圖中未示出)、光電編碼器(圖中未示出)、測(cè)量車(chē)1、結(jié)構(gòu)光源和若干個(gè)圖形傳感器3 ;其中，結(jié)構(gòu)光源和該若干個(gè)圖形傳感器3分別安裝在測(cè)量車(chē)I上，若干個(gè)圖形傳感器3的取景范圍共同組成一個(gè)類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍，并且相鄰兩個(gè)圖形傳感器3的取景范圍部分重疊，如圖3中，取景范圍3a?3i組成的區(qū)域，結(jié)構(gòu)光源和該若干個(gè)圖形傳感器3在安裝時(shí)需要滿(mǎn)足以下位置關(guān)系，即:將測(cè)量車(chē)I停放于受測(cè)隧道內(nèi)時(shí)，結(jié)構(gòu)光源發(fā)出的平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁4正交或者接近于正交,在內(nèi)壁4上形成指示受測(cè)隧道內(nèi)壁4的橫斷面輪廓的標(biāo)識(shí)光條5，該標(biāo)識(shí)光條5與受測(cè)隧道內(nèi)壁4的橫斷面輪廓的形狀、位置相吻合，并且該標(biāo)識(shí)光條5完全納入上述類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中；光電編碼器安裝在測(cè)量車(chē)I的車(chē)輪或傳動(dòng)軸上，用于定位測(cè)量車(chē)I的位置；處理器采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的具有數(shù)據(jù)、圖像處理能力的控制設(shè)備，如微型計(jì)算機(jī)加載相應(yīng)的同步控制與信號(hào)處理系統(tǒng)，用于對(duì)測(cè)量車(chē)1、光電編碼器和圖形傳感器3進(jìn)行控制和它們采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0040]參見(jiàn)圖2，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)光源包括三支或以上傳播方向發(fā)散設(shè)置的一字線(xiàn)激光器2，它們安裝在測(cè)量車(chē)I的安裝支架Ia上，并且各支一字線(xiàn)激光器的激光平面共面組合成上述平面結(jié)構(gòu)光，圖中示出了由5支一字線(xiàn)激光器2構(gòu)成結(jié)構(gòu)光源的實(shí)例，各個(gè)一字線(xiàn)激光器2對(duì)應(yīng)的兩條虛線(xiàn)表示該一字線(xiàn)激光器2發(fā)射出的一字線(xiàn)激光平面的邊界邊，相鄰的兩個(gè)一字線(xiàn)激光器2的一字線(xiàn)激光平面可以部分交疊，其中，一字線(xiàn)激光器應(yīng)選用波長(zhǎng)大于400nm的激光光源，以使得上述標(biāo)識(shí)光條5具有足夠的亮度，滿(mǎn)足上述圖像傳感器的靈敏度要求；并且，選用一字線(xiàn)激光器時(shí)，應(yīng)使得上述標(biāo)識(shí)光條5的寬度盡可能窄，限定在2mm以?xún)?nèi)；如此，各支一字線(xiàn)激光器的激光平面共面組成的平面結(jié)構(gòu)光在20米內(nèi)的平面度能小于Imm0
[0041]參見(jiàn)圖3，本發(fā)明的圖形傳感器3的數(shù)量應(yīng)根據(jù)受測(cè)隧道的徑向?qū)挾群透鱾€(gè)圖形傳感器3的分辨率確定，只需滿(mǎn)足上述圖形傳感器3安裝時(shí)的要求即可。其中，各個(gè)圖形傳感器3的分辨率根據(jù)受測(cè)隧道斷面中不同區(qū)域?qū)Ψ直媛实牟煌蠖x擇，例如對(duì)于隧道中鋪設(shè)有各種設(shè)施的底部，為能更細(xì)致的獲得斷面輪廓，采集該區(qū)域圖像的圖像傳感器可選用較高分辨率，而對(duì)于隧道中較為平滑的頂部，則對(duì)應(yīng)的圖像傳感器可選用較低分辨率，以降低本發(fā)明的實(shí)施成本。
[0042]如圖4所示，在對(duì)受測(cè)隧道進(jìn)行斷面輪廓測(cè)量前，首先要對(duì)本發(fā)明測(cè)量裝置的若干個(gè)圖形傳感器3統(tǒng)一進(jìn)行坐標(biāo)映射標(biāo)定:測(cè)量車(chē)I靜態(tài)停放在戶(hù)外或隧道內(nèi)，先將標(biāo)定板懸掛在測(cè)量車(chē)I前方，使標(biāo)定板上的棋盤(pán)格6平面與平面結(jié)構(gòu)光重合，并且上述若干個(gè)圖形傳感器3的類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍完全落在棋盤(pán)格6范圍之內(nèi)，其中，標(biāo)定板選用現(xiàn)有技術(shù)中常用的標(biāo)定板，并根據(jù)上述類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍的大小定制棋盤(pán)格6的幅面大小，而借助結(jié)構(gòu)光在遮擋物表面漫反射形成光條的特性，當(dāng)棋盤(pán)格6全面形成反光時(shí)，即可判斷棋盤(pán)格6平面與平面結(jié)構(gòu)光重合；然后在平面結(jié)構(gòu)光關(guān)閉的情況下，用各個(gè)圖形傳感器3對(duì)棋盤(pán)格6進(jìn)行圖像采集；再以采集到的圖像中的棋盤(pán)格6作為平面結(jié)構(gòu)光的像平面坐標(biāo)原點(diǎn)，獲取上述平面結(jié)構(gòu)光中任意一點(diǎn)的二維世界坐標(biāo)與該點(diǎn)在圖形傳感器3采集的圖像中的像平面坐標(biāo)之間的映射關(guān)系。另外，需要注意的是，本發(fā)明測(cè)量裝置更換圖形傳感器3或者使用一定期限過(guò)后，為保證該映射關(guān)系正確，應(yīng)該對(duì)裝置的圖形傳感器3補(bǔ)充標(biāo)定。
[0043]參見(jiàn)圖1，在本裝置完成標(biāo)定后，維持平面結(jié)構(gòu)光和圖形傳感器之間的相對(duì)位置關(guān)系不變，即可開(kāi)始對(duì)受測(cè)隧道進(jìn)行斷面輪廓測(cè)量。本發(fā)明的受測(cè)隧道中鋪設(shè)有沿隧道軸向延伸的軌道7，上述測(cè)量車(chē)I設(shè)置在該軌道7上并沿軌道7行駛，保持各個(gè)圖形傳感器3和各支一字線(xiàn)激光器固定在測(cè)量車(chē)I上，使各個(gè)圖形傳感器3的取景范圍與平面結(jié)構(gòu)光之間的相對(duì)位置關(guān)系不變，驅(qū)動(dòng)測(cè)量車(chē)I沿受測(cè)隧道軸向行進(jìn)，并沿途用各個(gè)圖形傳感器3對(duì)標(biāo)識(shí)光條5進(jìn)行圖像采集，以處理器利用上述標(biāo)定獲取到的映射關(guān)系，通過(guò)三維插值法和查表方法，換算出沿途各個(gè)采集點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)光條5的二維世界坐標(biāo)，與上述光電編碼器定位到的測(cè)量車(chē)11在各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息組合成受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)，其中，采集點(diǎn)的密度依據(jù)對(duì)全斷面輪廊采樣的平滑性要求而定，當(dāng)平滑度要求越高，則通過(guò)亞像素計(jì)算法來(lái)提取更密的光條像素點(diǎn)，再通過(guò)查表法和三維插值法去計(jì)算獲得標(biāo)識(shí)光條5的二維世界坐標(biāo)。在測(cè)量車(chē)I行進(jìn)的過(guò)程中，某采集點(diǎn)所在位置的隧道內(nèi)壁4橫斷面存在如圖1所示的凸起4a，借助結(jié)構(gòu)光在遮擋物表面漫射形成光條的特性，此時(shí)在隧道內(nèi)壁4上形成的標(biāo)識(shí)光條5指示該位置的隧道內(nèi)壁4橫斷面，能夠反映出隧道內(nèi)壁4橫斷面存在凸起4a的情況，上述得到的受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)得以全面反映出隧道全斷面輪廓的實(shí)際情況。
[0044]對(duì)于測(cè)量車(chē)在受測(cè)隧道中行進(jìn)的過(guò)程中容易顛婆的情況，本發(fā)明可以通過(guò)增設(shè)現(xiàn)有技術(shù)中常用的姿態(tài)校正單元，如姿態(tài)檢測(cè)用陀螺儀，對(duì)沿受測(cè)隧道軸向行進(jìn)過(guò)程中的測(cè)量車(chē)進(jìn)行姿態(tài)監(jiān)測(cè)，并使處理器依據(jù)該姿態(tài)校正單元監(jiān)測(cè)到的姿態(tài)數(shù)據(jù)校正上述受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)，以克服測(cè)量車(chē)姿態(tài)變化對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，提高測(cè)量結(jié)果的精度。
[0045]本發(fā)明不局限與上述【具體實(shí)施方式】，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，例如，對(duì)于隧道斷面無(wú)需全面測(cè)量的情況，上述具體實(shí)施例中由一字線(xiàn)激光器的激光平面組成的平面結(jié)構(gòu)光，其發(fā)散角可以是0-360° ;均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量方法，其特征在于:所述的測(cè)量方法包括以下步驟: (51)將結(jié)構(gòu)光源安裝在停放于受測(cè)隧道中的測(cè)量車(chē)上，使結(jié)構(gòu)光源發(fā)出的平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁相交，用以在內(nèi)壁上形成指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的斷面輪廓的標(biāo)識(shí)光條，其中，所述受測(cè)隧道中鋪設(shè)有沿隧道軸向延伸的軌道，所述測(cè)量車(chē)設(shè)置在該軌道上； (52)將若干個(gè)圖形傳感器安裝在所述測(cè)量車(chē)上，使該若干個(gè)圖形傳感器的取景范圍共同組成一個(gè)類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍，并且所述標(biāo)識(shí)光條完全納入該類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中； (53)在測(cè)量車(chē)靜態(tài)狀況下，對(duì)所述若干個(gè)圖形傳感器統(tǒng)一進(jìn)行坐標(biāo)映射標(biāo)定，用以獲取平面結(jié)構(gòu)光中任意一點(diǎn)的二維世界坐標(biāo)與該點(diǎn)在所述圖形傳感器采集的圖像中的像平面坐標(biāo)之間的映射關(guān)系； (54)保持所述各個(gè)圖形傳感器的取景范圍與平面結(jié)構(gòu)光之間的相對(duì)位置關(guān)系不變，驅(qū)動(dòng)所述測(cè)量車(chē)在軌道上沿受測(cè)隧道軸向行駛，并沿途用所述各個(gè)圖形傳感器對(duì)標(biāo)識(shí)光條進(jìn)行圖像采集，通過(guò)所述映射關(guān)系換算出沿途各個(gè)采集點(diǎn)的標(biāo)識(shí)光條二維世界坐標(biāo)，與所述各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息組合成受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量方法，其特征在于:所述平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁正交或者接近于正交，使所述標(biāo)識(shí)光條指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的橫斷面輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量方法，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)光源包括三支或以上傳 播方向發(fā)散設(shè)置的一字線(xiàn)激光器，并且所述各支一字線(xiàn)激光器的激光平面共面組合成所述平面結(jié)構(gòu)光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量方法，其特征在于:相鄰兩個(gè)所述圖形傳感器的取景范圍部分重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量方法，其特征在于:步驟(S3)中，對(duì)所述若干個(gè)圖形傳感器的坐標(biāo)映射標(biāo)定包括以下步驟: 先將標(biāo)定板懸掛在測(cè)量車(chē)前方，使標(biāo)定板上的棋盤(pán)格平面與所述平面結(jié)構(gòu)光重合，并且所述若干個(gè)圖形傳感器的類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍完全落在棋盤(pán)格范圍之內(nèi)；然后暫時(shí)關(guān)閉所述平面結(jié)構(gòu)光，用各個(gè)圖形傳感器對(duì)棋盤(pán)格進(jìn)行圖像采集；再以采集到的圖像中的棋盤(pán)格作為所述平面結(jié)構(gòu)光的像平面坐標(biāo)，計(jì)算出所述映射關(guān)系。
6.一種基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量裝置，其特征在于:所述的測(cè)量裝置包括處理器、工作于受測(cè)隧道中的測(cè)量車(chē)、發(fā)出平面結(jié)構(gòu)光的結(jié)構(gòu)光源和若干個(gè)對(duì)于所述平面結(jié)構(gòu)光所在平面統(tǒng)一進(jìn)行坐標(biāo)映射標(biāo)定過(guò)的圖形傳感器，其中，所述受測(cè)隧道中鋪設(shè)有沿隧道軸向延伸的軌道，所述測(cè)量車(chē)設(shè)置在該軌道上；所述結(jié)構(gòu)光源和若干個(gè)圖形傳感器分別安裝在測(cè)量車(chē)上并且相對(duì)位置關(guān)系穩(wěn)固不變，所述若干個(gè)圖形傳感器的取景范圍共同組成一個(gè)類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍，所述平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁相交并在內(nèi)壁上形成指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的斷面輪廓相標(biāo)識(shí)光條，該標(biāo)識(shí)光條完全納入所述類(lèi)環(huán)帶狀取景范圍中，所述測(cè)量車(chē)在軌道上沿受測(cè)隧道軸向行駛，各個(gè)圖形傳感器沿途對(duì)所述標(biāo)識(shí)光條進(jìn)行圖像采集，所述處理器依據(jù)所述若干個(gè)圖形傳感器坐標(biāo)映射標(biāo)定獲得的平面結(jié)構(gòu)光中任意一點(diǎn)的二維世界坐標(biāo)與該點(diǎn)在所述圖形傳感器采集的圖像中的像平面坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，換算出沿途各個(gè)采集點(diǎn)的標(biāo)識(shí)光條二維世界坐標(biāo)，并與所述各個(gè)采集點(diǎn)的位置信息組合成受測(cè)隧道的全斷面輪廓數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量裝置，其特征在于:所述平面結(jié)構(gòu)光與受測(cè)隧道的內(nèi)壁正交或者接近于正交，所述標(biāo)識(shí)光條指示受測(cè)隧道內(nèi)壁的橫斷面輪廓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量裝置，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)光源包括三支或以上傳播方向發(fā)散設(shè)置的一字線(xiàn)激光器，并且所述各支一字線(xiàn)激光器的激光平面共面并且環(huán)形向外發(fā)散組合成所述平面結(jié)構(gòu)光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量裝置，其特征在于:相鄰兩個(gè)所述圖形傳感器的取景范圍部分重疊。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任意一項(xiàng)所述的基于視覺(jué)測(cè)量的隧道斷面輪廓測(cè)量裝置，其特征在于:所述隧道中鋪設(shè)有沿隧道軸向延伸的軌道，所述測(cè)量車(chē)設(shè)置在該軌道上并沿軌道行駛。.
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103438823SQ201310123756
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】劉光武, 朱茂芝, 郭玲 申請(qǐng)人:廣州市地下鐵道總公司, 廣州復(fù)旦奧特科技股份有限公司