一种利用圆形标记点观测边坡三维变形的方法
【专利摘要】本发明属于岩土工程监测【技术领域】，涉及一种利用圆形标记点观测边坡三维变形的方法。本发明的目的在于找到一种更方便有效的监测边坡变形的方法。提出用双目视觉系统，并通过标记圆形特征点来观测边坡三维变形。通过对标记在边坡的斜坡上的一系列有规律的圆形特征点进行实时拍摄，得到每一时刻所有标记点的二维坐标，然后通过程序将二维坐标两两匹配，得到空间三维坐标。这样就可以得到边坡表层土的三维信息，从而实现位移的观测。本发明开创性的将圆形标记点与双目视觉系统相结合，只需要简单的标记圆形点、双相机视觉系统及图像处理用计算机就可以完成对边坡表层变形的观测。大大减小了一些传统方法人力物力时间的投入，并且观察效果良好，直观。
【专利说明】一种利用圆形标记点观测边坡三维变形的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程监测【技术领域】，特别涉及一种利用圆形标记点观测边坡三维变形的方法。
【背景技术】
[0002]实际工程中，在对边坡的稳定性等状态进行监测时，边坡的表层形变是表征边坡状态发生改变的最为显著的一点。如果能够对边坡的位移进行准确监测并能够预测出边坡的形变趋势，就能尽早的采取相关的措施，这将大大减少边坡滑动等问题带来的危害。
[0003]传统的边坡监测方法如位移计、测斜管、人工观测等，都因为技术和条件等的限制在一定程度上存在效率低小、成本较高、检测精确度低等缺点。随着计算机图像识别及处理技术的日益提高，非接触式的图像测量方法在监测变形等领域越来越多的得到重视，其采用图像识别与处理的技术达成对目标参数的获取，从而实现对位移进行测量的要求。该方法成本低，便于实施，不需后期维护等，这些特点使其适用于边坡表层变形的观测。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于找到一种更方便有效的监测边坡变形的方法。提出用双目视觉系统，并通过标记圆形特征点来观测边坡三维变形。通过对标记在边坡的斜坡上的一系列有规律的圆形特征点进行实时拍摄，得到每一时刻所有标记点的二维坐标，然后通过程序将二维坐标两两匹配，得到空间三维坐标。这样就可以得到边坡表层土的三维信息，从而实现位移的观测。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种利用圆形标记点观测边坡三维变形的方法，步骤如下:
[0007](I)根据实际需要的土样和模型大小，堆建边坡模型，测量堆建边坡模型的高度、下边长、上边长和宽度四个尺寸的数据。
[0008](2)在上述边坡模型的斜坡面上标记一系列有规律的圆形标记点。
[0009](3)在正视或俯视边坡模型的斜坡面的方向上架设双目视觉系统，双目视觉系统中相机与边坡模型的斜坡面的距离根据实际情况调控。
[0010](4)测试前先用黑白格标定板对双目视觉系统中的两台相机进行标定。先使用MATLAB相机标定工具箱的单相机标定法分别对两台相机进行标定，再通过基于VS2010的OpenCV相机标定将两个已单独标定好的相机进行立体标定。
[0011](5)测试时，通过在边坡模型的上平面进行分级加压的方式来使边坡变形，双相机以相同的时间间隔拍摄边坡的变形过程，直至边坡出现明显变形破坏，拍摄结束。
[0012](6)测试结束，对上述双相机拍摄采集到的边坡变形过程的图像对进行筛选，选取每级加压前和加压后的图片，并在每级加压稳定后每隔相同时间选取一幅图像。将上述选定的图像进行图像增强、滤波等预处理，预处理的原则是使图像上的圆形标记点能够清楚的被计算机识别。
[0013](7)分别对上述进行过预处理的每对图像进行立体匹配，得到立体校正后的新图像对。
[0014](8)利用基于％2010的椭圆拟合方法提取出新图像对中的圆形标记点的二维坐标。
[0015](9)根据相机的成像原理，将新图像对中相互对应点的二维坐标转化为统一的三维坐标，得到每个时刻所有圆形标记点的三维坐标。
[0016](10)根据上述的三维坐标得到圆形标记点随时间的空间位置变化，再根据边坡模型的实际尺寸，也可以计算出实际空间中标记点的位置变化情况，达到观测整个边坡的变形的目的。
[0017]本发明的有益效果是:开创性的将圆形标记点与双目视觉系统相结合，只需要简单的标记圆形点、双相机视觉系统及图像处理用计算机就可以完成对边坡表层变形的观测。大大减小了一些传统方法人力物力时间的投入，并且观察效果良好，直观。
【具体实施方式】
[0018]以下结合技术方案，进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0019]实施例
[0020](1)使用公径筛对河砂进行过筛，用得到河砂堆建边坡模型，测量取得堆建好的边坡模型的高度、下边长、上边长、宽度四个尺寸分别为:25.40111,60.80111,28.90111,
18.501110
[0021](2)在上述边坡模型的斜坡面上标记15*15规格的圆形标记点，相邻点之间的间隔为 1(3111。
[0022](3)在正视边坡模型的斜坡面的方向上架设双目视觉系统，双相机距离模型的下边缘约1.5111。
[0023](4)测试前先用黑白格标定板对双目视觉系统中的两台相机进行标定。先使用^11^8相机标定工具箱的单相机标定法分别对两台相机进行标定，再通过基于％2010的
相机标定将两个已单独标定好的相机进行立体标定。
[0024](5)测试时，通过在边坡模型的上平面累加单个质量为10%，底面直径为15(^的圆形砝码进行分级加压，每级加载间隔时间为1分钟。双相机同时以1秒的时间间隔拍摄边坡的变形过程，直至边坡出现明显变形破坏，拍摄结束。
[0025](6)测试结束，对上述双相机拍摄采集到的边坡变形过程的图像对进行筛选，选取每级加压前和加压后的图片，并每隔10秒钟选取一副每级加载间隔时间中的图像，共选定34对图像。将上述选定的图像进行了图像增强、平滑滤波、椒盐去噪操作。
[0026](7)分别对上述进行过预处理的每对图像进行立体匹配，得到立体校正后的新图像对。
[0027](8)利用基于％2010的椭圆拟合方法提取出新图像对中的圆形标记点的二维坐标。
[0028](9)根据相机的成像原理，将新图像对中相互对应点的二维坐标转化为统一的三维坐标，得到每个时刻所有圆形标记点的三维坐标。
[0029](10)根据上述的三维坐标得到了圆形标记点随时间的空间位置变化图，再根据边坡模型的实际尺寸，也可以计算出实际空间中标记点的位置变化情况，达到观测整个边坡的变形的目的。
【权利要求】
1.一种利用圆形标记点观测边坡三维变形的方法，其特征在于，步骤如下: (1)根据实际需要的土样和模型大小，堆建边坡模型，获取堆建边坡模型的高度、下边长、上边长和宽度； (2)在上述边坡模型的斜坡面上标记一系列有规律的圆形标记点； (3)在正视或俯视边坡模型的斜坡面方向上架设双目视觉系统，双目视觉系统中的相机与边坡模型的斜坡面的距离根据实际情况调控； (4)测试前先用黑白格标定板对双目视觉系统中的两台相机进行标定，先使用MATLAB相机标定工具箱的单相机标定法分别对两台相机进行标定，再通过基于VS2010的OpenCV相机标定将两个已单独标定好的相机进行立体标定； (5)测试时，通过在边坡模型的上平面进行分级加压的方式来使边坡模型变形，双相机以相同的时间间隔拍摄边坡模型的变形过程，直至边坡模型出现明显变形破坏，拍摄结束； (6)测试结束，对上述双相机拍摄采集到的边坡模型变形过程的图像对进行筛选，选取每级加压前和加压后的图片对，并在每级加压稳定后每隔相同时间选取一幅图像；将上述选定的图像对进行图像增强和滤波预处理，预处理的原则是使图像上的圆形标记点能够清楚的被计算机识别； (7)分别对上述进行过预处理的每对图像进行立体匹配，得到立体校正后的新图像对； (8)利用基于VS2010的OpenCV椭圆拟合方法提取出新图像对中的圆形标记点的二维坐标； (9)根据相机的成像原理，将新图像对中相互对应点的二维坐标转化为统一的三维坐标，得到每个时刻图像中所有圆形标记点的三维坐标； (10)根据上述三维坐标得到圆形标记点随时间的空间位置变化，再根据边坡模型的实际尺寸，计算出实际空间中标记点的位置变化情况，进而观测整个边坡模型的变形。
【文档编号】G01B11/16GK104501735SQ201410817771
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】于绅坤, 赵红华, 杜海, 常艳, 雷振坤 申请人:大连理工大学