隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，該方法至少包括如下步驟：在待掃描隧道區(qū)間中，通過三維激光掃描儀采集至少3測站掃描點云數(shù)據(jù)，并按圓柱投影法生成正射影像；將生成的所述正射影像進行分區(qū)，統(tǒng)計在各分區(qū)測線的反射率分布曲線，并將這些反射率分布曲線匯集以獲得反射率校正曲線；之后掃描所述正射影像，并根據(jù)反射率校正曲線校正所述正射影像。本發(fā)明的優(yōu)點是，通過對隧道的激光量測反射率進行校正后可減小同隧道真實內(nèi)壁反射率之間的差異，增強三維激光掃描正射影像的效果，同時可利用該方法統(tǒng)一反射率值、提高影像的對比度，從而有助于隧道病害信息的自動化提取和判讀。
【專利說明】隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維激光掃描反射率校正方法，具體涉及一種隧道內(nèi)三維掃描反射率的校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在城市軌道交通隧道維護工作中，通過對隧道內(nèi)壁影像信息的判讀可識別并量測附屬設(shè)備的空間分布和表觀病害信息。傳統(tǒng)的影像獲取一般采用人工光學(xué)照相，該采集方式受制于隧道內(nèi)光線條件和作業(yè)時間限制，難以采集大量高精度可量測的隧道內(nèi)壁影像。
[0003]三維激光掃描技術(shù)是一種以激光測距方式快速獲取被測物體三維坐標(biāo)及激光反射率的測量技術(shù)，所采集的高密度點云數(shù)據(jù)可直觀反應(yīng)物體的幾何尺寸和激光反射率差異信息。激光反射率的采集不受光線條件限制，可根據(jù)隧道內(nèi)表面的激光反射率差異信息經(jīng)投影后插值生成內(nèi)壁的影像。
[0004]由于激光反射率會受待測物體材質(zhì)、掃描儀激光類型與功率、激光入射角度和距離、隧道內(nèi)水汽條件等因素影響，因此激光量測反射率與真實內(nèi)壁反射率存在一定差異，量測后需要進行校正。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種隧道內(nèi)三維掃描反射率的校正方法，該校正方法通過將生成的正射影像進行分區(qū)，統(tǒng)計在各分區(qū)測線的反射率分布曲線，并將其匯集后獲得反射率校正曲線，以對正射影像進行校正。
[0006]本發(fā)明目的實現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，其特征在于所述校正方法包括如下步驟:在待掃描隧道區(qū)間中，通過三維激光掃描儀采集至少三個測站掃描點云數(shù)據(jù)，并按圓柱投影法生成正射影像；將生成的所述正射影像進行分區(qū)，即按所述隧道襯砌環(huán)沿隧道里程方向分區(qū)，分為I?η區(qū)，同時按所述正射影像斷面展開方向分區(qū)，至少分為A?T區(qū)；統(tǒng)計在A?T區(qū)內(nèi)相應(yīng)于各第一測線的第一反射率分布曲線；匯集各所述第一反射率分布曲線，以獲得第一反射率校正曲線；掃描所述正射影像，并根據(jù)所述第一反射率校正曲線校正所述正射影像；繼續(xù)統(tǒng)計在A?T區(qū)內(nèi)相應(yīng)于各第二測線的多個第二反射率分布曲線，其中所述第二測線的數(shù)目小于所述第一測線的數(shù)目；以多個所述第二反射率分布曲線取代所述第一反射率分布曲線中的前多個第一反射率分布曲線，并將兩者匯集以獲得第二反射率校正曲線；再次掃描所述正射影像，并根據(jù)所述第二反射率校正曲線再次校正所述正射影像。
[0007]所述第一測線的數(shù)量不少于所述正射影像在斷面展開方向的分區(qū)數(shù)量。
[0008]通過第N次反射率校正曲線校正所述正射影像，以使所述正射影像達到要求的清晰度，所述N的大小取決于所述正射影像需要校正的次數(shù)。
[0009]所述第一反射率校正曲線的計算過程為:(I)根據(jù)各所述第一反射率分布曲線，提取所述第一測線所在分區(qū)A的反射率均值HAi，然后將分區(qū)A的反射率均值Hm統(tǒng)一到分區(qū)I的反射率均值Hai獲得兩者交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)IA1，即IA1=HAi/HA1，并依此法，依次獲得分區(qū)A同其余分區(qū)2?η交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)ΙΑ2、ΙΑ3...ΙΑ? ; (2)按照步驟(I)中所述方法，依次獲得分區(qū)B、C- T同分區(qū)I?η的交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)(IB1、Ib2-…(Ιπ、ΙΤ2...ΙΤη) ; (3)匯集各所述交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)，以獲得所述第一反射率校正曲線。
[0010]相鄰所述測站之間具有重復(fù)區(qū)域，以第一測站的重復(fù)區(qū)域的反射率校準(zhǔn)值作為第二測站中所述重復(fù)區(qū)域的反射率均值，依次進行相鄰所述測站掃描點云數(shù)據(jù)的拼接。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是，通過對隧道的激光量測反射率進行校正后可減小同隧道真實內(nèi)壁反射率之間的差異，增強三維激光掃描正射影像的效果，同時可利用該方法統(tǒng)一反射率值、提高影像的對比度，從而有助于隧道病害信息的自動化提取和判讀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明方法流程示意圖；
圖2為本發(fā)明中反射率影像校正分區(qū)參數(shù)圖；
圖3為本發(fā)明中相鄰測站重復(fù)掃描區(qū)域反射率校正參數(shù)平滑處理示意圖；
圖4為本發(fā)明中測站掃描數(shù)據(jù)歸一化后逐環(huán)反射率統(tǒng)計圖。

【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明的特征及其它相關(guān)特征作進一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
如圖1-4，圖中標(biāo)記1-5分別為:測站1、測站2、測站3、重復(fù)掃描區(qū)域4、重復(fù)掃描區(qū)域5。
[0014]實施例:本實施例具體涉及一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，反射率校正的目的在于:1)解決反射率信息生成影像時出現(xiàn)的顏色(灰度)不均勻的問題；2)提升影像的細(xì)節(jié)信息，包括對比度、亮度等，有助于提高影像的判讀能力；3)統(tǒng)一反射率特征(均一化)，便于后續(xù)實施滲漏水信息、隧道病害的自動提取。
[0015]如圖1-4所示，本實施例中隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法具體包括以下步驟:
(1)在待掃描隧道區(qū)間中，選取內(nèi)壁附著物較少的典型區(qū)段采集至少3個測站的掃描數(shù)據(jù)，并按圓柱投影法生成正射影像；
(2)在生成的正射影像中，按如圖2所示方式進行分區(qū)，即X方向(隧道里程方向)按隧道襯砌環(huán)分區(qū)，共25環(huán)，故分為I?25區(qū)；Y方向按正射影像斷面展開方向分區(qū)，分為A?T區(qū)，此處可根據(jù)需要調(diào)整分區(qū)數(shù)，分區(qū)數(shù)越多相應(yīng)的校正曲線精度也就越多，但是運算量也相應(yīng)越大；其中，X方向的分區(qū)同Y方向的分區(qū)的交叉區(qū)域可通過各自的分區(qū)號聯(lián)合表示，例如分區(qū)A與分區(qū)13的交叉區(qū)域表示為Α13 ；
(3)實際盾構(gòu)隧道的內(nèi)壁反射率呈現(xiàn)一定規(guī)律性，統(tǒng)計在A?T區(qū)內(nèi)相應(yīng)于各第一測線的第一反射率分布曲線，確保每個分區(qū)內(nèi)至少具有一條第一測線；之后匯集前述的各第一反射率分布曲線，以獲得第一反射率校正曲線；其后掃描正射影像，并根據(jù)該第一反射率校正曲線校正該正射影像；其中，第一反射率校正曲線的具體計算過程為: a)根據(jù)第一測線A相應(yīng)的第一反射率分布曲線，計算獲得分區(qū)A點云的反射率均值Hm，然后將分區(qū)A的反射率均值Hm統(tǒng)一到分區(qū)I的反射率均值Hai獲得兩者交叉區(qū)域Al的反射率校正系數(shù)IA1，即計算公式為IA1=HAi/HA1，其中襯砌環(huán)分區(qū)的反射率均值可通過如圖4所示的方法統(tǒng)計計算得到；之后依此法，依次獲得分區(qū)A同其余分區(qū)2?25交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)ιΑ2、ιΑ3...ιΑη;
b)按照步驟a中所述方法，依次獲得分區(qū)Β、0..Τ同分區(qū)I?25的交叉區(qū)域Β1、Β2...Τ24、Τ25 的反射率校正系數(shù)，即(IB1、Ib2…IB25)、(IC1、Ic2…Ic25)…(In、If IT25);
c)匯集所有交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)，以獲得正射影像的第一反射率校正曲線；
(4)繼續(xù)統(tǒng)計在A?T區(qū)內(nèi)相應(yīng)于各第二測線的第二反射率分布曲線，此時第二測線的數(shù)量應(yīng)小于第一測線的數(shù)量，例如第一測線的數(shù)量為25，第二測線的數(shù)量為20 ;以20個第二反射率分布曲線取代25個第一反射率分布曲線中的前20個第一反射率分布曲線，并將20個第二反射率分布曲線同剩余的5個第一反射率分布曲線匯集以獲得新的第二反射率校正曲線；再次掃描上一步驟中的正射影像，并根據(jù)第二反射率校正曲線校正該正射影像。
[0016](5)如圖3所示，為了保證相鄰測站之間重復(fù)區(qū)域的反射率過渡平滑，以測站I的重復(fù)區(qū)域4的反射率校準(zhǔn)值作為測站2中該區(qū)域的反射率均值，以測站2的重復(fù)區(qū)域5的反射率校準(zhǔn)值作為測站3中該區(qū)域的反射率均值，依次進行多站掃描數(shù)據(jù)的拼接。
[0017]需要說明的是，考慮到隧道一般為對稱結(jié)構(gòu)，即測線A與測線T的反射率校正曲線可重復(fù)利用，測線B與測線S的反射率校正曲線可重復(fù)利用，測線C與測線R的反射率校正曲線可重復(fù)利用；此外，本實施例中可采用第N測線，并獲取第N次反射率校正曲線，以校正前述的正射影像，進行多次校正的目的在于使正射影像達到要求的清晰度。
[0018]本實施例中的方法可應(yīng)用于隧道三維激光掃描正射影像的效果增強，可利用該方法統(tǒng)一反射率值、提高影像的對比度等，從而有助于隧道內(nèi)壁病害影像信息的自動化判讀，應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益良好。
【權(quán)利要求】
1.一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，其特征在于所述校正方法包括如下步驟:在待掃描隧道區(qū)間中，通過三維激光掃描儀采集至少三個測站掃描點云數(shù)據(jù)，并按圓柱投影法生成正射影像；將生成的所述正射影像進行分區(qū)，即按所述隧道襯砌環(huán)沿隧道里程方向分區(qū)，分為I?η區(qū)，同時按所述正射影像斷面展開方向分區(qū)，至少分為A?T區(qū)；統(tǒng)計在A?T區(qū)內(nèi)相應(yīng)于各第一測線的第一反射率分布曲線；匯集各所述第一反射率分布曲線，以獲得第一反射率校正曲線；掃描所述正射影像，并根據(jù)所述第一反射率校正曲線校正所述正射影像；繼續(xù)統(tǒng)計在A?T區(qū)內(nèi)相應(yīng)于各第二測線的多個第二反射率分布曲線，其中所述第二測線的數(shù)目小于所述第一測線的數(shù)目；以多個所述第二反射率分布曲線取代所述第一反射率分布曲線中的前多個第一反射率分布曲線，并將兩者匯集以獲得第二反射率校正曲線；再次掃描所述正射影像，并根據(jù)所述第二反射率校正曲線再次校正所述正射影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，其特征在于所述第一測線的數(shù)量不少于所述正射影像在斷面展開方向的分區(qū)數(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，其特征在于通過第N次反射率校正曲線校正所述正射影像，以使所述正射影像達到要求的清晰度，所述N的大小取決于所述正射影像需要校正的次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，其特征在于所述第一反射率校正曲線的計算過程為:(1)根據(jù)各所述第一反射率分布曲線，提取所述第一測線所在分區(qū)A的反射率均值HAi，然后將分區(qū)A的反射率均值Hm統(tǒng)一到分區(qū)I的反射率均值Hai獲得兩者交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)IA1，即IA1=HAi/HA1，并依此法，依次獲得分區(qū)A同其余分區(qū)2?η交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)IA2、Iw ΙΑη ；(2)按照步驟(I)中所述方法，依次獲得分區(qū)Β、0..Τ同分區(qū)I?η的交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)(IB1、IyIBn)、(Icl、込…込)…(Ιπ、IfIJ ; (3)匯集各所述交叉區(qū)域的反射率校正系數(shù)，以獲得所述第一反射率校正曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道內(nèi)三維激光掃描反射率的校正方法，其特征在于相鄰所述測站之間具有重復(fù)區(qū)域，以第一測站的重復(fù)區(qū)域的反射率校準(zhǔn)值作為第二測站中所述重復(fù)區(qū)域的反射率均值，依次進行相鄰所述測站掃描點云數(shù)據(jù)的拼接。
【文檔編號】G01N21/88GK104374780SQ201410726488
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】許正文, 付和寬, 劉飛, 袁釗 申請人:上海巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司