些改进也应视为本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，其特征在于：该方法包括如下 步骤： 步骤1、平行摄影得到影像序列:采用基于活动控制架的控制方式和摄影主光轴平行于 洞轴线的摄影方式，沿勘探洞中轴线每隔一定的距离正对着活动控制架方向拍摄影像序 列； 步骤2、影像预处理:包括影像畸变差校正和影像的单像空间后方交会计算，从而获得 已知内、外方位元素的构像质量良好的勘探洞影像数据； 步骤3、影像投影纠正:将消除构像畸变差影响的勘探洞原始影像投影到物方，形成物 方目标影像，并按照要求展开为平面，得到勘探洞单张展示影像;其中，所述的物方抽象为 目标柱面； 步骤4、展示影像生成:将某一段勘探洞内各单张展示影像拼接起来而生成影像地质编 录底图。2. 根据权利要求1所述的一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，其特征 在于:在所述步骤1中，所述的基于活动控制架的控制方式和摄影主光轴平行于洞轴线的摄 影方式是指： 将所述的活动控制架设置在勘探洞轴线上，并使其横轴与洞轴线垂直;记录活动控制 架基点在勘探洞工程坐标系中的坐标:Y为〇、Z是地面至活动控制架基点的距离、X根据粧号 来确定；由于活动控制架主杆、横向标杆及活动控制架基点的相对位置固定，通过活动控制 架基点的坐标和活动控制架六个控制点与基点间的参数值，计算得到每个控制点在勘探洞 工程坐标系中的坐标，控制点与基点之间的位置参数通过高精度测量进行测定;作业员手 持数码相机，从起点粧号开始，沿勘探洞中轴线每隔一定距离正对着活动控制架方向拍摄 影像，每张影像内均包含勘探洞的左右壁和顶板的局部区域以及正前方活动控制架上的六 个控制点;所述的一定的距离并不固定，前提是保证前后相邻影像的洞壁顶板部分有重叠 区域;一个活动控制架设置站为覆盖一段勘探洞的若干张影像所共用;然后，沿勘探洞前进 并重新设置活动控制架，并重复上述拍摄步骤;在所述的重复拍摄中，始终要保证前后相邻 影像的洞壁顶板部分有重叠区域。3. 根据权利要求1所述的一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，其特征 在于:在所述步骤2中： (2-1)所述的影像畸变校正，是指:采用顾及径、切向变形的畸变校正模型，对原始影像 进行畸变差改正，其模型公式为：式中，Δχ、Ay为像点坐标X、y的构像畸变差改正值;XQ、yQ为相机内方位元素;r为像点 的向径，Εφ，= - Λ·.(.κ -.Γ,. ): ;kl、k2、k3、Pl、P2为畸变差校正系数； (2-2)所述的单像空间后方交会，是指:先利用角锥体法解算外方位线元素的近似值， 并据此估计出外方位角元素的初始值，然后再利用共线方程解法整体平差，解算出像片外 方位元素精确值。4. 根据权利要求1所述的一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，其特征 在于:在所述步骤3中，所述的影像投影纠正，是指将消除构像畸变差影响的勘探洞原始影 像投影到物方，形成物方目标影像，并按照要求展开为平面，得到勘探洞单张展示影像;其 具体过程包括： (3-1)计算像点的像空间工程辅助坐标： 设勘探洞为矩形洞，洞宽W，洞高H，勘探洞柱面方程表示为下式(2):其中，X，Y，Z为勘探洞工程坐标； 根据摄影测量共线方程，由像平面坐标x、y解算出每个像元对应的像空间辅助坐标系 坐标S'、F、&，从而得到像空间工程辅助坐标系坐标u、v、w:其中，旋转矩阵R为把像空间坐标系转换为像空间辅助坐标系的旋转变换矩阵，由像片 外方位元素中的三个角元素确定，外方位元素由单像空间后方交会得到;XQ、yQ、f为已知的 像片内方位元素； (3-2)计算投影系数及物方坐标： 设洞壁上一点A，在勘探洞工程坐标系中的坐标为(XA，YA，ZA)，其对应的像点a的坐标为 (^7丄像空间工程辅助坐标为(1^，^，1);5为投影中心，在勘探洞工程坐标系中的坐标为 (Xs，Ys，Zs)，由单像空间后方交会计算得到;投影光线SaA存在以下的关系：由投影光线及勘探洞目标柱面方程计算出投影系数λ;首先根据影像的投影关系判别 与投影光线相交的目标面，然后由式(2)与式(5)联立解得像点的投影系数λ;最后按式(7) 即可解出物点Α在勘探洞工程坐标系下的物方坐标(Χα，Υα，Ζ Α):(3-3)原始影像投影纠正： 建立勘探洞展示影像的坐标系0-CXCY，其中，CX轴与洞轴方向平行，CY轴指向勘探洞横 截面的展开方向； 根据勘探洞工程坐标4〇^￥^2/〇，由式（8)得到4点在展示影像坐标系中的坐标0乂^ CYa：包括点A在内，按式(3)、（4)、（7)、（8)的数学关系对原始影像逐像元地投影纠正至展示 影像坐标平面，并经重采样后，即可取得新的单张展示影像； 在纠正制作展示影像时，对每张原始影像仅使用其构像比例尺最大、细节展示最清晰 的部分，即距离拍摄位置最近的一部分图像，其具体过程是:先计算出原始影像上各像点对 应物点的勘探洞工程坐标(X，Y，Z)，找出X的最大值X max;然后依据相邻两张影像的外方位元 素 Xs的差值推算出拍摄间距A X，得出Xmax+ △ X，从而确定每张影像的物方纠正区域为从Xmax 到Xmx+ΔΧ的一段勘探洞。5.根据权利要求1所述的一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，其特征 在于:在所述步骤4中，所述的展示影像生成是指，将某一段勘探洞内各单张展示影像拼接 起来而生成影像地质编录底图，具体过程为： 通过各影像的展示坐标(CX，CY)确定影像间的重叠区域，然后以重叠区域的中线作为 拼接线，拼接线坐标CXl，其计算公式为： CXL=(CXmax+CX，min)/2 (9) 其中，CXmax为拼接时左影像最右侧边缘像元在勘探洞展示影像坐标系0-CXCY中的坐 标，CX'min为右影像最左侧边缘像兀在勘探洞展不影像坐标系0-CXCY中的坐标； 处理重叠区域时，割去左影像在拼接线右侧CX 2 CXL的部分，同时割去右影像在拼接线 左侧CXSCXL的部分，再将左右影像合并在一起形成一幅新的图像，实现左右影像的拼接； 对所有单张展示影像两两进行拼接，从而得到一整幅某粧段内的勘探洞展示影像图。
【专利摘要】本发明一种基于平行摄影的勘探洞地质编录底图生成方法，包括:平行摄影得到影像序列：采用基于活动控制架的控制方式和摄影主光轴平行于洞轴线的摄影方式，沿勘探洞中轴线拍摄影像序列；影像畸变差校正和影像的单像空间后方交会计算，获得已知内、外方位元素的构像质量良好的勘探洞影像数据；影像投影纠正：将消除构像畸变差影响的勘探洞原始影像投影到物方，形成物方目标影像并按照要求展开为平面，得到勘探洞单张展示影像；展示影像生成：将某段勘探洞内各单张展示影像拼接起来而生成影像地质编录底图。本发明实现了对勘探洞地质信息快速、高效、准确的采集和分析处理，使编录成果形式更为丰富且易于信息化应用，并能够满足地质编录精度要求。
【IPC分类】G01C11/02, G06T5/00, G01C11/08
【公开号】CN105716583
【申请号】CN201610053028
【发明人】李 浩, 毛羽丰, 杨彪, 吴铭飞, 苏博
【申请人】河海大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月26日