基于双目视觉和差分校正的边坡滑移测量技术研究

发布时间：2020-11-04 18:23

　　 边坡失稳引发的滑坡灾害造成的损失巨大,给我国经济建设和人民生命财产安全构成严重威胁。滑坡灾害的发生是一个逐渐累积的过程,这个过程中有明显的变化特征,通过科学的方法对边坡进行监测,掌握其变化规律进行预警,可以在一定程度上减轻或者避免滑坡灾害造成的损失。传统的测量方法由专业人员利用高精度仪器进行测量,周期长且不能实时监测,现代传感器测量适用范围有限,或者成本高,不利于大范围推广应用。为了减少滑坡灾害造成的损失,本文运用数字图像处理和双目视觉相关技术,提出一种低成本边坡滑移测量技术,该测量技术适用于对可能发生滑坡的边坡的长期监测。该方法主要通过在边坡待监测区域布置人工标志物,采用两台工业摄像机构建双目视觉系统对边坡表面待监测区域定时拍摄图像,通过图像处理算法识别定位标志物并计算三维坐标与三维位移。主要研究内容包括以下几个方面:1.对双目视觉系统的数字模型进行了研究,包括摄像机的成像模型,针孔模型和非线性畸变,分析了常用的摄像机标定方法,详细探讨了引入切向畸变和去除倾斜因子的改进张氏标定法对摄像机进行标定的过程,根据两台摄像机标定的结果联合进行双目摄像机标定与三维坐标的计算。2.在分析了各种类型的标志物的基础上,设计了适用于本文提出测量技术的回光反射圆形标志物,运用图像处理相关技术对标志物的识别与定位进行了研究,包括图像预处理、图像转换到HSI空间进行识别、形态学滤波去除干扰点、标志物边缘检测、椭圆拟合与定位、标志物编号,分析了摄像机偏转对标志物三维坐标计算的影响,提出了差分校正方法,引入一个参考标志物减少布置于边坡表面标志物的像素位移,避免了摄像机偏转带来测量误差和重新标定摄像机费时费力的缺点。3.在研究了双目视觉系统模型和标志物设计、识别定位、差分校正的基础上,提出了基于双目视觉和差分校正的边坡滑移测量技术,在不重新标定摄像机的情况下,减少由于摄像机偏转造成的三维坐标测量误差。搭建了模拟边坡环境,进行了摄像机标定、标志物识别与定位、差分校正验证、相对距离测量、模拟边坡监测等实验,并对实验结果进行了分析。实验结果表明:基于双目视觉和差分校正的边坡滑移测量技术能有效测量模拟边坡的形变,本文提出的差分校正方法能在不重新标定摄像机情况下减少由于摄像机偏转带来的测量误差,为该技术投入实际应用提供了有效的探索。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41;P642.22
【部分图文】：

四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村突发山体高位垮塌，造成 10 遇难，93 人失联，3 人受伤[4]。图1-1、1-2 为可能发生滑坡和已经发生滑坡的边坡图像。图 1-1 可能发生滑坡的边坡 图 1-2 已经发生滑坡的边坡边坡失稳引发的灾害虽然危害很大，难以直观掌握地质变化，但能运用仪器测量、地质勘测等方式进行地质情况调查，可以在一定范围内减轻或避免滑坡灾害造成的破坏。例如，2013 年 9 月，长时间的持续性降雨造成重庆市彭水县龙溪乡多户居民的住房以及道路出现许多裂痕。地质勘察队到现场调查发现，判定为大型土质滑坡，滑坡带后部上方有近 2000 立方米危岩，而且伴随局部崩塌，滑坡带当时还处于低速滑动状态，假如降雨再持续数日，整体滑坡就很可能会发生。当地有关部门启动了应急预案，将滑坡影响区域的居民疏散撤离，对公路段实

图 1-1 可能发生滑坡的边坡 图 1-2 已经发生滑坡的边坡边坡失稳引发的灾害虽然危害很大，难以直观掌握地质变化，但能运用仪量、地质勘测等方式进行地质情况调查，可以在一定范围内减轻或避免滑坡造成的破坏。例如，2013 年 9 月，长时间的持续性降雨造成重庆市彭水县龙多户居民的住房以及道路出现许多裂痕。地质勘察队到现场调查发现，判定型土质滑坡，滑坡带后部上方有近 2000 立方米危岩，而且伴随局部崩塌，滑当时还处于低速滑动状态，假如降雨再持续数日，整体滑坡就很可能会发生

15图 2-6 枕形失真 图 2-7 桶形失真向畸变的数学模型以 r=0 处的泰勒级数前三项描述为：2 4 61 2 32 4 61 2 3( )( )drdrx x k r k r k ry y k r k r k r 2.7 中，（x,y）表示畸变的像素坐标系，（xdr,ydr）表示理想坐标与畸变差，2 2r x y，表示坐标点（x,y）距离图像中心的距离向畸变系数，对于常用的摄像机，一般只采用前两项畸变系数，鱼眼镜头通常需要计算 k3。 切向畸变向畸变到产生受到两个方面因素的影响，一方面由于透明在制造镜本身与图像平面不平行，另一方面是由于摄像机安装过程中投平行而产生，可以用式 2.8 作为其数学模型：
【参考文献】

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本文编号：2870442