边坡倾斜摄影装置、影像数据采集方法及影像数据采集仪与流程

1.本发明属于边坡影像处理技术领域，尤其涉及一种边坡倾斜摄影装置、影像数据采集方法及影像数据采集仪。


背景技术：

2.目前，随着我国基础设施建设水平的快速发展，一大批水电水利工程投建，由于建筑物布置需求，通需常开挖形成大范围的百米级岩石高边坡。高边坡采用分梯段逐层开挖、逐层支护的方法进行施工；按照水电水利相关行业规程，边坡开挖梯段高度不宜大于15m。在单层开挖完成后、喷锚支护前，需对开挖面进行地质编录，以记录原始地质信息，便于技术分析计算和展示。
3.随着基于倾斜摄影的三维影像建模技术的实现和发展，对边坡进行多角度影像采集、实现三维实景重建并进行解译分析，已经成为水利水电工程勘测等领域的重要技术手段。因此，探究低成本、优质、快速影像采集方法设备成为当前研究的热点。
4.边坡影像是记录边坡岩体信息的重要载体，对于进一步基于影像模型进行信息解译并进行分析至关重要，常规的影像采集是技术人员通过单一摄像装置进行，人员操作是采集质量的控制性因素，因操作过程中的不标准性、差异性对数字影像质量产生严重的影像。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
6.(1)常规人工采集数字影像工作量大；
7.(2)易造成目标相同部位影像点因前后变化而无法匹配，不能建模，有局限性；
8.(3)为实现三维实景重建，需多角度采集影像、并保证一定重叠率，操作相对较复杂，需针对性培训；
9.(4)峡谷地区边坡高陡，为实现边坡影像采集全覆盖，通常需借助无人机，无人机多作业条件要求较高。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种边坡倾斜摄影装置、影像数据采集方法及影像数据采集仪。
11.本发明是这样实现的，一种边坡倾斜摄影装置设置有承载架；
12.所述承载架上安装有三轴增稳云台，所述三轴增稳云台安装有数码相机；所述承载架上还集成有云台控制模块、相机同步控制器；
13.所述三轴增稳云台的姿态线和数码相机的视频线均与云台控制模块连接，所述数码相机的快门线与相机同步控制器连接，相机同步控制器控制多台数码相机同时曝光，云台控制模块控制三轴增稳云台的转动角度。
14.进一步，所述承载架安装于三脚架上；数码相机和三轴增稳云台均设置有多个，每一数码相机对应一个三轴增稳云台。
15.进一步，所述数码相机数量应满足影像重叠率要求，按下式计算：
16.n＝h/(d*2tan(α/2))*(1-δ)；
17.式中n-需设置相机数量(台)；δ-三维影像保证系数，0.6≤δ＜1；h-边坡单级高度(m),h≤15m；d-拍摄装置距离边坡垂直距离(m),d≥5m；α-数码相机6的镜头视角参数(fov)值(
°
)，α≥100。
18.进一步，所述外部的显示设备与数码相机连接，显示拍摄影像。
19.进一步，所述承载架由碳纤维材料制成。
20.进一步，所述承载架为可伸缩结构，按边坡实际高度调整长度。
21.进一步，所述承载架上安装有滑轨及标尺，云台载板上开设有滑槽，通过滑槽和滑轨配合实现承载架和云台载板滑动连接与固定，实现调整数码相机的数量及具体位置。
22.本发明的另一目的在于提供一种所述边坡倾斜摄影装置的影像数据采集方法，所述影像数据采集方法包括：
23.s1,安装显示设备并启动，完成三轴增稳云台自检；
24.s2,计算边坡影像采集移动距离参数；
25.s3,调节数码相机位置及云台控制模块，使数码相机画幅覆盖边坡；
26.s4,根据边坡影像采集移动距离参数计算公式计算间距移动至下一曝光点采集。
27.进一步，在步骤s2中计算边坡影像采集移动距离参数，按下式计算：
28.s＝(d*2tan(α/2))*(1-δ)；
29.式中：δ-三维影像保证系数，0.6≤δ＜1；d-拍摄装置距离边坡垂直距离(m),d≥5m；α-数码相机的镜头视角参数(fov)值(
°
)，α≥100。
30.本发明的另一目的在于提供一种用于水电水利工程岩石高边坡开挖的影像数据采集仪，所述影像数据采集仪搭载所述边坡倾斜摄影装置。
31.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
32.本发明中的倾斜摄影装置使用过程中受空间限制小，对坡面可不受空间限制进行有效采集，实现单梯度边坡一次性采集；
33.本发明中的倾斜摄影装置采用了三轴电子云台对相机增稳，保证相机曝光时姿态稳定，影像质量高；
34.本发明中的倾斜摄影装置可操作性强，操作人员仅需简单培训即可胜任采集工作，人为影像成果质量因素小，成果质量稳定性强；
35.本发明中的倾斜摄影装置可通过一次曝光采集边坡数字影像，无需往返作业，降低工作强度，采集效率高；
36.本发明中的电子云台可灵活调节相机主光轴方向，根据边坡实际情况，有效控制相邻相机曝光影像重叠率。
附图说明
37.图1是本发明实施例提供的单梯度边坡影像采集示意图；其中，图1(a)三维示意图；图1(b)正视图；图1(c)左视图；
38.图2是本发明实施例提供的承载架、云台载板、数码相机连接示意图；
39.图3是本发明实施例提供的承载架、云台控制模块、相机同步控制器、显示设备连接示意图；
40.图4是本发明实施例提供的边坡倾斜摄影装置影像数据采集方法流程图；
41.图中：1、三脚架；2、承载架；3、云台载板；4、三轴增稳云台；5、云台控制模块；6、数码相机；7、相机同步控制器；8、显示设备。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
43.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
44.实施例1
45.如图1-图3所示，本发明实施例提供的边坡倾斜摄影装置包括：三脚架1、承载架2、云台载板3、三轴增稳云台4、云台控制模块5、数码相机6、相机同步控制器7、显示设备8。
46.所述承载架2安装于三脚架1上；三轴增稳云台4通过云台载板3安装于承载架2上，数码相机6安装于云台4上；云台控制模块5、相机同步控制器7、显示设备8均集成于中央承载架2上；数码相机6和三轴增稳云台4均设置有多个，每一数码相机6对应一个三轴增稳云台4，相机数量应满足影像重叠率要求，可按下式计算：
47.n＝h/(d*2tan(α/2))*(1-δ)
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(1)
48.式中：n-需设置相机数量(台)；δ-三维影像保证系数，建议0.6≤δ＜1；h-边坡单级高度(m),h≤15m；d-拍摄装置距离边坡垂直距离(m),d≥5m；α-数码相机6的镜头视角参数(fov)值(
°
)，α≥100。
49.所述三轴增稳云台4的姿态线和数码相机6的视频线均与云台控制模块5连接，数码相机6的快门线与相机同步控制器7连接，相机同步控制器7控制多台数码相机6同时曝光，云台控制模块5控制三轴增稳云台4的转动角度。
50.所述外部的显示设备8与相机连接，显示拍摄影像。
51.在本发明实施例中，提供的边坡倾斜摄影装置对象针对水利水电工程边坡，数码相机6为全画幅广角数码相机，承载架2由碳纤维材料制成。
52.在本发明实施例中，承载架2为可伸缩结构，可按边坡实际高度调整长度。
53.在本发明实施例中，承载架2上安装有滑轨及标尺，云台载板3上开设有滑槽，通过滑槽和滑轨配合实现承载架2和云台载板3滑动连接与固定，从而实现调整数码相机6的数量及具体位置。
54.实施例2
55.如图4所示。本发明实施例提供的边坡倾斜摄影装置影像数据采集方法包括以下步骤：
56.s101,安装显示设备8并启动，完成三轴增稳云台4自检；
57.s102,计算边坡影像采集移动距离参数，可按下式计算：
58.s＝(d*2tan(α/2))*(1-δ)
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(2)
59.式中参数同式(1)。
60.s103,调节数码相机6位置及云台控制模块5，使数码相机画幅覆盖边坡；
61.s104,根据公式(2)计算间距移动至下一曝光点采集。
62.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
63.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。