(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210942843.8 (22)申请日 2022.08.08 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115017831 A (43)申请公布日 2022.09.06 (73)专利权人 南京邮电大 学 地址 210003 江苏省南京市 鼓楼区新模范 马路66号 (72)发明人 张荣春　衣雪峰　李浩　杨立君　 刘兰法　张晨阳　贾燕　石尚　 婧美茹　杨开济　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 柏尚春(51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06V 10/75(2022.01) G06F 111/04(2020.01) (56)对比文件 CN 114170402 A,202 2.03.11 CN 110186396 A,2019.08.3 0 杨伟等.三维激光 点云在隧洞病害缺陷检测 中的应用研究. 《大坝与安全》 .2021, 审查员 朱琳玲 (54)发明名称 基于绝对 方位控制的隧洞影像 建模方法、 装 置 (57)摘要 本发明公开了一种基于绝对方位控制的隧 洞影像建模方法、 装置， 所述方法包括： 于隧洞内 部拍摄序列影像， 建立水平面和铅垂面， 确定水 平面和铅垂面与隧洞之间的交线； 根据交线在源 图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选 区域和匹配引导区域， 对像素点进行匹配， 获得 多组同名像素点对； 利用多组同名像素点对计算 相对定向元素和隧洞模型坐标； 计算在隧洞标准 坐标系下的绝对定向元素； 将绝对定向元素作为 优化目标函数的约束条件， 对相对定向元素和绝 对定向元素进行优化， 得到隧洞的点云模型。 采 用上述技术方案， 有效解决地质方位绝对基准控 制问题和狭长隧洞场景中平行序列影像建模极 易产生模型漂移问题， 显著提高建模精度。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115017831 B 2022.11.04 CN 115017831 B 1.一种基于绝对方位控制的隧洞影 像建模方法， 其特 征在于， 包括： 采用图像拍摄装置于 隧洞内部拍摄序列影像， 建立水平面和铅垂面， 确定水平面和铅 垂面与隧洞之间的交线； 从所述序列影像中选择源图像和待 匹配图像， 根据交线在源图像和待 匹配图像上的区 域分别选取模板候选区域和匹配引导区域， 对源图像的模板候选区域和待匹配图像的匹配 引导区域上的像素点进行匹配， 获得多组同名像素点对； 利用多组同名像素点对计算相对定向元 素和隧洞模型坐标； 根据隧洞模型坐标， 计算在隧洞标准坐标系下的绝对定向元素； 建立序列影像中各张 影像的隧洞辅助坐标系， 基于隧洞辅助坐标系和隧洞标准坐标系具有相同的绝对定向角度 元素， 建立隧洞模型坐标和隧洞辅助坐标系之间的变换关系， 结合水平面上像素点之间的 坐标关系 、 铅垂面上像素点之间的坐标关系， 计算得到绝对定向角度元 素； 根据序列影像建立隧洞的稀疏点云模型， 计算稀疏点云模型中的三维点在序列影像中 对应的投影像素点坐标， 基于三 维点在序列影像中的实际坐标和投影像素点坐标之 间的偏 差建立优化目标函数， 以优化目标函数值最小优化稀疏点云模 型； 在稀疏点云模 型中， 根据 水平面上像素点之间的坐标关系、 铅垂面上像素点之间的坐标关系， 作为优化目标函数 的 约束条件； 基于序列影像、 相对定 向元素、 绝对定向元素和优化后的稀疏点云模型， 计算得 到密集点云模型， 基于密集点云模型构建表面格网模型， 计算法向量并进 行纹理映射， 获得 具有绝对方位元 素的隧洞精细三维模型。 2.根据权利要求1所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法， 其特征在于， 所述建 立水平面和铅垂面， 包括： 利用激光水平仪进行隧洞的绝对水平和垂直控制， 利用地质罗盘进行铅垂面的绝对走 向控制。 3.根据权利要求2所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法， 其特征在于， 所述从 所述序列影 像中选择源图像和待匹配图像， 包括： 在序列影 像中按照序列顺序， 间隔的选择源图像和待匹配图像。 4.根据权利要求3所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法， 其特征在于， 所述根 据交线在源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域， 包括： 对源图像和待匹配图像按照两对角线进行划分， 分别得到4个激光像素区域， 从中选取 标准数量的像素点， 分别得到模板候选区域和匹配引导区域； 选取源图像和待匹配图像在 交线位置内的像素点， 生成像素点标签索引， 用于源图像的模板候选区域和待匹配图像的 匹配引导区域上的像素点进行匹配。 5.根据权利要求4所述的基于绝对方位控制的隧洞影像建模方法， 其特征在于， 所述同 名像素点对指模板候选区域和匹配引导区域上相似度最高的两个 像素点。 6.一种基于绝对方位控制的隧洞影像建模装置， 其特征在于， 包括： 拍摄单元、 像素点 匹配单元、 相对定向元 素计算单 元、 绝对定向元 素计算单 元和点云模型优化单 元， 其中： 所述拍摄单元， 用于采用图像拍摄装置于 隧洞内部拍摄序列影像， 建立水平面和铅垂 面， 确定水平面和铅垂面与隧洞之间的交线； 所述像素点匹配单元， 用于从所述序列影像中选择源图像和待匹配图像， 根据交线在 源图像和待匹配图像上的区域分别选取模板候选区域和匹配引导区域， 对源图像的模板候权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115017831 B 2选区域和待匹配图像的匹配引导区域上的像素点进行匹配， 获得多组同名像素点对； 所述相对定向元素计算单元， 用于利用多组同名像素点对计算相对定向元素和隧洞模 型坐标； 所述绝对定向元素计算单元， 用于根据隧洞模型坐标， 计算在隧洞标准坐标系下的绝 对定向元素； 建立序列影像中各张影像的隧洞辅助坐标系， 基于隧洞辅助坐标系和隧洞标 准坐标系具有相同的绝对定向角度元素， 建立隧洞模型坐标和隧洞辅助坐标系之 间的变换 关系， 结合水平面上像素点之间的坐标关系、 铅垂 面上像素点之间的坐标关系， 计算得到绝 对定向角度元 素； 所述点云模型优化单元， 用于根据序列影像建立隧洞的稀疏点云模型， 计算稀疏点云 模型中的三 维点在序列影像中对应的投影像素点坐标， 基于三维点在序列影像中的实际坐 标和投影像素点坐标之 间的偏差建立优化目标函数， 以优化目标函数值最小优化稀疏点云 模型； 在稀疏点云模 型中， 根据水平 面上像素点之 间的坐标关系、 铅垂 面上像素点之 间的坐 标关系， 作为优化目标函数 的约束条件； 基于序列影像、 相对定向元素、 绝对定向元素和优 化后的稀疏点云模型， 计算得到密集点云模型， 基于密集点云模型构建表面格网模型， 计算 法向量并进行纹 理映射， 获得 具有绝对方位元 素的隧洞精细三维模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115017831 B 3