洞室三维实景建模数据采集光源系统的制作方法

本实用新型属于工程物探勘察、检测领域，本实用新型光源系统涉及到光的折射、散射成像原理、自动化控制、光源的调控技术、光源与照片匹配原理技术、光的均匀处理技术。

背景技术：

在此描述的洞室包括：水电勘察中的勘探平洞、水电站中的引水隧洞、放空洞、导流洞、施工支洞、溢洪洞等、水电枢纽的引水隧洞、公路和铁路隧洞等进行工程勘察和检测的隧洞统称为洞室。常规洞室的勘查工作是通过人工编录的方式记录洞室表面地质信息；洞室的检测工作主要是通过检测混泥土质量、厚度及洞顶回填脱空情况，检测工作内容主要包括混泥土裂缝（裂缝长度、宽度、发育的方向等参数）、混泥土表面脱落、脱空高度、强度、厚度及围岩体变形等。

随着计算机和图像处理技术的发展，利用现场拍摄的照片通过建模来完成现场勘察可更直观的展示勘察部位岩石产状、裂隙、卸荷等的三维空间位置及颜色信息，此方法可以达到精确测量和还原现场真实纹理信息，此技术称为实景建模技术。

随着地表实景建模的技术应用广泛，如无人机实景建模、文物实景建模、边坡勘察实景建模等，这些工作都是在自然光下完成的实景建模；在摄影棚内进行的3D摄影也是该类技术的延拓，采用实景建模技术建立的三维模型的色彩及形状与真实情况基本相同。地表实景三维建模技术应用越来越广泛，如在边坡勘察中，利用此方法建立的三维模型可进行边坡稳定性评价及边坡测绘工作；在洞室内也可利用此技术进行勘探和检测工作。由于洞室内无自然光、洞型不一、洞壁凹凸较大，洞径大小不一，因此，在洞室内开展实景建模难度相对较高，首先洞内需解决光源问题，要保证成像精度和色彩真实性，数据采集对光源有更高的要求。以下情况将影响洞室内实景建模的效果：

勘探洞或引水洞室内无光源，一是人工添加的光源色温与自然光不一致（人工的照明灯都是冷色灯，色温在6500k左右，自然光色温为5500k左右，不同色温下拍摄的照片颜色与自然光下拍摄的照片颜色有差别），二是存在光源亮度不均匀；

洞室因各种因素影响，造成开挖不平整，洞形变化大、洞壁凹凸，摄影拍照时，将造成局部洞段拍摄的照片存在阴阳面；

洞室内存在温差变化，光源在温差较大的情况下容易炸裂。

在复杂的洞室条件下，通过摄影测量建立三维模型，首先必须解决光源问题。有了好的光源，才能拍摄出好的图像。因此，需充分设计好光源与相机及拍摄洞壁的位置关系、光源的亮度及色温、光源在洞室内的使用寿命等问题。目前，针对在洞室内利用光源拍照建立实景模型的技术还不够成熟，特别是针对洞型变化大、洞壁不规则源的勘探平洞，对光源的要求更高。

技术实现要素：

本实用新型要实现以下目的：（1）设计专门针对在洞室内进行三维实景建模的光源系统；（2）针对洞室内环境差异，可调试光源系统的各个参数，使洞室内拍摄的照片基本达到自然光下状态，满足三为建模要求；（3）提高洞室内光源的使用寿命；（4）提高光源的稳定性，保证不同时段拍摄的照片色差一致，整个洞室建立的模型与实际洞壁体颜色一致；（5）确保整个光源系统轻便、耗电少、容易操作。

本实用新型通过如下技术方案实现以上目的：

首先，本实用新型基于这样的设计方法：主要是在相机两边对称安装相同的光源，并在相机边上安装光源亮度检测笔及光源亮度自动调节开关；利用小灯珠并联作为光源，并在小灯珠后部安装散热装置；将供电系统设计为两部分，一部分提供光源，另一部分为整个自动化摄影测量系统提供电源。

因此，本实用新型的洞室三维实景建模数据采集光源系统是这样的：该系统包括由车轮运载行驶的测量装置控制箱及电源，测量装置控制箱及电源通过电机旋转轴连接相机架，相机架上设有数码相机和光强测试笔；在相机架的前后两端各设有一个光源架，光源架一上设有光源小灯珠一，光源架二上设有光源小灯珠二。

进一步的，光源小灯珠一与光源小灯珠二在相机架的两端的光源架上呈圆周均布设置。光源小灯珠一和光源小灯珠二的额定电压为12v、色温为5500k。并且，光源小灯珠一和光源小灯珠二的后部均安装有散热装置，光源小灯珠一和光源小灯珠二均设有密封灯罩。

更进一步的，光源架一和光源架二各自是用两块铝合金板制成，在每块铝合金板上均匀钻孔并且在两块板之间设有空心玻璃圆柱体，并用固体胶把光源小灯珠一和光源小灯珠二固定在该玻璃柱体表面。光源架一和光源架二之间为相机架，在相机架中部钻设有一小孔，并用螺丝穿过该小孔与数码相机的相机底座连接。光强测试笔安装在数码相机的相机镜头的正上方，光强测试笔与相机架通过螺栓连接。光源架一和光源架二以及其上设置的空心玻璃圆柱体与相机架通过螺栓连接在同一个轴承上，该轴承与电机旋转轴连接在测量装置控制箱及电源的电机上，数码相机的快门线与光源小灯珠一和光源小灯珠二的光源线连接到测量装置控制箱及电源中的控制箱的电路中。

本实用新型的这种洞室三维数字化成像光源系统，可达到以下效果：

（1）整个光源系统为洞室三维数字化成像提供了一个稳定、轻便、同步的光源装置，方便采集洞室内不同洞壁位置高质量照片。

（2）利用双边式发光系统、在光源表面安装保护罩，实现亮度可调装置，确保数码相机在洞室内拍摄照片亮度均匀一致，为建立真三维模型提供了可靠保证。

（3）光源两侧的光强检测笔的合理设计，为调整洞室光强度，保证亮度一致提供了重要参考依据，减少了人为因素对光强的判断。

（4）为了确保工作安全，整个供电系统选用额定电压为12v，可选择不同功率的小灯珠，为大小的不同洞室提供了近自然光的亮度。

（5）安装散热装置，保证了连续8小时工作小灯珠不会出现故障，有利于提高洞室内三维数字化成像质量。

附图说明

图1是洞室三维实景建模装置光源系统正视图；

图2是洞室三维实景建模装置光源系统俯视图。

附图标记说明： 1-光源架一，2-光源小灯珠一，3-数码相机，4-光强测试笔，5-相机架，6-光源架二，7-光源小灯珠二，8-电机旋转轴，9-车轮，10-测试装置控制箱及电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，图1是洞室三维实景建模装置光源系统正视图，图2是洞室三维实景建模装置光源系统俯视图。从图中可以看到，本实用新型的洞室三维实景建模装置光源系统主体部位包括光源架一1和光源架二6、光强测试笔4和光源小灯珠一2和光源小灯珠二7，光源架一1和光源架二6都是利用两块直径为15cm、厚度为3mm的铝合金板制成，在每块铝合金板上均匀钻5个0.5cm的孔。两块板之间为直径为12cm、厚为4mm、长为5cm的空心玻璃圆柱体。在玻璃圆柱体的外表面铺设两排光源小灯珠，并用固体胶把光源小灯珠一2和光源小灯珠二7分别固定在玻璃柱体表面。

光源架一1和光源架二6之间为相机架5，数码相机3安放在相机架5中间、在相机架5中部钻一小孔，螺丝穿过相机架5小孔与数码相机3底座连接。在相机镜头的正上方安放光强测试笔4，光强测试笔4与相机架5通过螺栓连接。光源架一1和光源架二6、玻璃柱体、相机架5通过螺栓连接在同一个轴承上。轴承与电机旋转轴8连接测试装置控制箱及电源10的电机上，数码相机3的快门线与小灯珠的光源线连接到测试装置控制箱及电源10中的控制箱的电路中。在测试装置控制箱及电源10的底部安置车轮9，通过车轮9让整个装置在轨道上移动。

光源架有两个，在数码相机3的两边圆周均匀分布，光强测试笔4需在拍照之前和之后都检测洞壁光强强度，保证每次拍摄光强度基本一致；电机旋转轴8是控制相机架5和光源架旋转的轴承，测试装置控制箱控制了拍摄速度、旋转、移动距离等。

为了保证三维实景建模采集的照片能够建立与实际颜色一致的模型，光源的具体设计应满足如下技术要求：

（1）光源利用12v额定电压、5500k色温的小灯珠并联，在小灯珠后部安装高效散热装置，防止拍摄时间过长高温烧坏灯珠。洞室温差大，光源系统必须配置密封灯罩，防止水汽进入在灯罩上形成雾，影响光源系统的照亮及小灯珠寿命。

（2）为了保证相机视窗内拍摄范围光线均匀，满足洞壁凹凸、洞径变化、岩石颜色反光程度不同条件下实景建模，不仅需在数码相机3两边安装相同的光源，而且需在数码相机3边上安装光源亮度检测笔即光强测试笔4及光源亮度自动调节开关，确保每次摄影之前检测到的洞壁亮度保持一致。

（3）供电系统有二部分组成，一是提供足够光源的供电电源；二是为整个自动化摄影测量系统（包括电机、控制系统）提供电源，确保8小时连续工作期间电压和电流稳定。

（4）为了满足洞径大小不同摄影测量建模的要求，选定供电系统工作电压为12v，可随时拆卸、更换，严格控制重量，方便野外工作。

本实用新型是这样实施的：本实用新型的光源系统通过测试装置控制箱及电源10中的电源连接供电，并通过测试装置控制箱及电源10中的测量装置控制箱来控制光源的开、关与亮度。接好电源之后，通过测试装置控制箱及电源10中的控制箱按钮打开光源，调整合适的光强，设置好拍照参数，然后通过数码相机3拍摄一张照片，观察照片的拍摄效果，是否满足光强要求。若光强不满足拍照要求，则调整光强至满足要求，利用光强测试笔4测试光强，并记录好光强值，然后开始整个洞室的实景建模数据采集工作，工作一段时间之后，再用光强测试笔4测试光强是否有变化，若有变化则通过测试装置控制箱及电源10中的光强调整按钮调整光强与之前记录的光强值一致，然后继续拍照，直至完成整个洞室的照片采集。

当然，以上只是本实用新型的具体应用范例，本实用新型还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型所要求的保护范围之内。