專利名稱：地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工程地質技術領域。尤其涉及一種地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)及其使用方法。
背景技術：
在工程建設領域，現(xiàn)場地質測繪編錄仍然沿襲著傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式，這種拉皮尺度量加目視估算的方式不僅工效低、精度低，技術落后，而且還存在勞動安全隱患，難以滿足現(xiàn)代化施工技術條件下地質專業(yè)對現(xiàn)場快速反應的工程建設需求，已成為困擾廣大地質技術人員的難題。既使以往有過基于近景攝影測量的各種地質測繪編錄方案或設想，也從未根本解決編錄模式與量測精度等問題。
隨著信息化時代的來到，高新技術在工程建設中作用日趨廣泛。計算機圖形圖像處理技術、GIS技術、CAD技術和自動化測量設備為地質數(shù)碼影像測繪編錄方法提供了技術支持和物質基礎。目前，相關文獻介紹的攝影編錄方式大都基于如陸攝儀、近景攝影機等應用專門設備。但這種方式需要航空膠片或干板沖洗，需要專用設備如解析測圖儀進行量測；該方式與地質專業(yè)知識的結合不夠緊密，不能有效地提取地質要素進行描述和表達，因而實際上無法推廣與應用。此外，利用數(shù)碼相機進行地質編錄的有關文獻，由于忽視了數(shù)字相機的構像畸變和內(nèi)外方位參數(shù)檢測至使技術成果無精度可言。其主要缺陷有1、現(xiàn)行的像片控制方法不能有效控制精度；
2、普通像片代替量測像片處理，使像片無法定向；3、對起伏影像無法進行糾正與鑲嵌；4、立體像缺乏定向依據(jù)，使立體模型無法空間定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種基于數(shù)碼相機可量測化改造、專用拍攝定位裝置設計、數(shù)碼相機成像、圖形圖像計算機處理和地質編錄信息數(shù)據(jù)庫管理的的地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)及其使用方法。以取代傳統(tǒng)的施工地質編錄、地質平面測繪和鉆孔巖芯素描等工作的手工作業(yè)模式，使地質工程技術人員從繁重的野外作業(yè)中得以解脫，大大減輕其勞動強度、提高工作效率。
本發(fā)明的技術解決方案是，提供一種地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)及其使用方法，該系統(tǒng)由數(shù)碼相機1、帶支架的經(jīng)緯儀2或地質數(shù)碼攝影編錄儀5、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3和計算機4組成(參見圖1～2)。
本發(fā)明所涉及的編錄對象包括地下洞室、邊坡、基坑、組合邊坡(基坑)、山地(河谷)、鉆孔巖芯，每一編錄對象所對應的編錄方法為現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選6、圖像處理7、地質要素提取及特征描述8、CAD成圖9、編錄信息管理10、外部功能擴展11(參見圖3)。
所述數(shù)碼相機1可以選擇市面上任意款式，現(xiàn)場拍攝圖像的范圍與相機的場景視角密切相關。
所述帶支架的經(jīng)緯儀2由經(jīng)緯儀與支架構成，數(shù)碼相機安裝在支架上，以此滿足地下洞室圖像采樣時攝站點空間定位的需求；地質數(shù)碼攝影編錄儀5是一個機械光學定位儀器，主要針對經(jīng)緯儀存在的一些不足，提供一種替換裝置，它能夠擴展相機型號的選擇范圍，大大簡化現(xiàn)場地質圖像采集的操作過程，且支持各種型號的數(shù)碼相機配套使用；所述數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3具有一個箱形框架和標識空間坐標值標貼的相機可量測化檢測裝置；所述計算機4可選市面上任意一款IBM系列兼容機，CPU為PIII以上、內(nèi)存大于128M、硬盤大于2G，通過編制專用軟件完成圖像處理、成果圖生成和編錄信息管理等事務。
所述現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選6是指針對不同的編錄場地優(yōu)選拍攝站點和拍攝方式，對于地下洞室，依據(jù)其斷面曲線方程和分期分層開挖方式優(yōu)選攝站點位置，采用像方控制模式獲取現(xiàn)場數(shù)碼圖像；攝站點連線可以是洞軸線，亦可以是現(xiàn)場開挖的局部邊界或已成形的斷面中心連線。對于邊坡、基坑、山地(河谷)等地面對象，通過單幅照片預設不少于4個的影像標志測點，采用物方控制模式手持自由拍攝或定位拍攝獲取現(xiàn)場圖像，并且分設左右攝站點，對同一目標拍攝左右像片，形成立體像對，便于準確提取地質要素及結構面產(chǎn)狀量算和空間關系轉化。對于鉆孔巖芯編錄，現(xiàn)場巖芯按鉆探進尺順序分箱擺設，單一回轉進尺巖芯分段標示記錄牌，采用物方控制選擇近距離攝站點拍照。
所述圖像處理7包括圖像分幅編碼、圖像畸變校正、圖像幾何糾正、圖像鑲嵌。圖像分幅編碼依據(jù)拍攝對象所在的工程部位和圖像自有屬性統(tǒng)一制定，由計算機自動完成。圖像畸變校正根據(jù)相機的畸變系數(shù)和原始圖像每個像素點的行列號，利用畸變校正公式計算其對應的新的行列號，對原始圖像所有像素重排，得到畸變校正后的圖像。圖像幾何糾正是指生成正射影像圖，本發(fā)明采用了二種方法。其一是基于外方位元素的幾何糾正，按中心投影三點共線原理，根據(jù)不同的拍攝角度和位置，并針對不同的開挖斷面，輸入不同的參數(shù)，計算畸變校正后像片中的每個像元對應的物方空間坐標，進一步變換到目標展示坐標系中，再利用圖像像素重采樣，對每個像元進行重排。生成的新圖像上每部分的比例尺一致，并記錄了每張新像片的四個角點坐標，作為影像鑲嵌的依據(jù)。其二是基于透視變換的幾何糾正，以透視變換公式為幾何糾正模型，以像片坐標作為平差值。通過每張像片上四個或四個以上控制點的像片坐標和坡面坐標采用間接平差的方法計算，再利用圖像像素重采樣，對每個像元進行重排得到幾何糾正圖像。圖像鑲嵌是指割去相鄰經(jīng)幾何糾正的圖像之間的重疊部分，并且通過接縫線把多幅圖像拼成一幅大的圖像，本發(fā)明中采用了半自動鑲嵌和全自動鑲嵌，半自動圖像鑲嵌是指用戶手工繪出接縫線，由計算機根據(jù)手工繪出的接縫線來進行鑲嵌；全自動圖像鑲嵌是指用戶只需輸入圖幅號，計算機根據(jù)圖幅號在數(shù)據(jù)庫中找到相應圖像的四角坐標記錄，并把在相鄰圖像取得相對應圖像四角地面坐標的平均值直接作為接縫線的初使坐標，來進行多張圖像的自動鑲嵌。
所述地質要素提取及特征描述8是指鑲嵌圖像所包含的地質信息進行編繪和屬性提取。其中地質特征描述采用現(xiàn)場統(tǒng)計歸類，將同一地區(qū)主要地質特征采用枚舉法，預先定義專業(yè)描述文字對比字段，并納入數(shù)據(jù)庫管理，用戶操作時只需直接點擊選擇對應的地質特征即可完成；結構面空間產(chǎn)狀量測采用①立體像對量測法，即利用圖像空間共線方程原理采用前方交會或后方交會—前方交會法計算出結構面三個或三個以上點的物方坐標，從而確定該面，求出其產(chǎn)狀。②正射影像量測法，即把正射影像鑲嵌圖經(jīng)過地理編碼配準后，取不在同一直線上的三個或三個以上的點的影像平面坐標點，當確定了一個結構面上的三個或三個以上空間點的坐標時，就可以確定該面的空間展布，即可量測該面的產(chǎn)狀。
所述CAD成圖9是指編錄信息按照相關規(guī)程規(guī)范生成正式成果圖表的過程，本發(fā)明是在AutoCAD VBA集成環(huán)境下編制程序，產(chǎn)生獨立的菜單系統(tǒng)和輔助成圖應用功能，通過自動成圖與人機輔助對話的辦法生成符合相關規(guī)程規(guī)范和技術精度的地質測繪編錄成果圖(包括洞室地質編錄展示圖、洞室指定縱橫剖面圖，邊坡(基坑)地質編錄展示圖、編錄平面圖、編錄立面圖，平面地質測繪圖，鉆孔巖芯編錄圖)，圖形可返回數(shù)據(jù)庫存檔。
所述編錄信息管理10是指所有的編錄圖像、技術成果全部存入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)圖形特征與屬性特征的連接與管理，使地質測繪編錄要素的雙向查詢得以方便實現(xiàn)。同時，空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還可通過DLL技術或OLE技術與外部應用程序相接，如巖體穩(wěn)定性算法程序等可按空間數(shù)據(jù)庫結構直接調(diào)用測繪編錄要素，成果亦可在空間數(shù)據(jù)庫中進行地質測繪編錄要素圖的制圖，裝飾等，實現(xiàn)圖表的輸出。
所述外部功能擴展11是指編錄信息的數(shù)據(jù)資源后續(xù)利用。根據(jù)有關巖土體穩(wěn)定性計算軟件的標準數(shù)據(jù)格式，提供相對應的數(shù)據(jù)庫標準通訊數(shù)據(jù)文件，形成與外部應用軟件相連接的橋梁和紐帶，實現(xiàn)地質編錄信息資源的共享。
此外，本發(fā)明還提供了①將基于組合邊坡(基坑)的水平投影編錄的單幅糾正圖像統(tǒng)一投影到大地水準面上，按照大地坐標鑲嵌，得到水平展示鑲嵌圖像。②將基于曲面邊坡的投影編錄采用先模擬曲面方程，再進行曲面展示投影。③將基于山地(河谷)的地質平面測繪編錄采用三維空間建模及基于DSM的單片投影轉繪方法實現(xiàn)數(shù)碼影像地質編錄。就是利用一個現(xiàn)有的數(shù)字表面模型(DSM，目標是地形時，即為DEM)，由像點坐標出發(fā)，建立投影光線，通過與DSM的交會來確定投影點物方坐標的計算過程。傳統(tǒng)的數(shù)字投影轉繪都是對航片進行的，通常用于影像糾正生成正射影像，而數(shù)字投影轉繪新方法適用于地面影像的轉繪。
使用本系統(tǒng)進行地質數(shù)碼影像編錄的方法分為以下步驟i、數(shù)碼相機可量測化，其主要任務包括數(shù)碼相機的畸變差校檢、內(nèi)方位元素檢測和外方位元素的控制。所述數(shù)碼相機可量測化檢測方式如下(1)、使用上述數(shù)碼相機1在平坦的垂直面上構建一坐標網(wǎng)格(參見圖4)，網(wǎng)格單元大小依數(shù)碼相機采用之焦距與景深調(diào)整；①、通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C4進行圖像分析、計算與確定畸變系數(shù)，進行相機畸變系數(shù)檢測；所述畸變系數(shù)的計算方法是采用如下數(shù)學模型對原始影像進行畸變校正Δx=(x-x0)(k1+k2r2+k3r4)+p1(r2+2(x-x0)2)+2p2(x-x0)(y-y0)Δy=(y-y0)(k1+k2r2+k3r4)+p2(r2+2(y-y0)2)+2p1(x-x0)(y-y0)]]>②、將設有數(shù)碼相機的帶支架的經(jīng)緯儀2或地質數(shù)碼攝影編錄儀5，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將所得圖像傳輸?shù)接嬎銠C4進行圖像分析確定其外方位控制元素。
(2)、使用數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3進行相機內(nèi)方位元素檢測。即在檢測裝置前方架設兩臺經(jīng)緯儀或全站儀，利用經(jīng)緯儀或全站儀觀測所有標貼代表的控制點，通過前方交會和三角高程法獲得各控制點的物方坐標，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C4進行圖像分析、計算與確定其內(nèi)方位元素。所述內(nèi)方位元素的計算方法是采用如下數(shù)學模型 本發(fā)明使用時即由上述步驟(1)～(2)，獲得相機畸變系數(shù)和內(nèi)、外方位元素，從而實現(xiàn)了數(shù)碼相機的可數(shù)量化。
ii、將經(jīng)過量測化檢測過的數(shù)碼相機1置于邊坡或基坑或山地或河谷或鉆孔巖芯地面拍攝場地，在單幅照片可拍攝的場景內(nèi)設置4個影像標志測量點，根據(jù)上述現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選方式選擇攝站點，采用物方控制模式手持相機拍攝或將相機安裝在三角架上進行定位拍攝獲取現(xiàn)場圖像，并且分設左、右攝站點，分別對同一目標拍攝成左、右兩張圖像，形成立體像對，便于準確提取地質要素及結構面產(chǎn)狀量算和空間關系轉化。
iii、將經(jīng)過量測化檢測過的數(shù)碼相機1安裝在帶支架的經(jīng)緯儀2或地質數(shù)碼攝影編錄儀5上后，置于地下洞室地質編錄現(xiàn)場，依據(jù)地下洞室斷面曲線方程和分期、分層開挖方式選擇攝站點位置，攝站點連線可以是洞軸線，也可以是現(xiàn)場開挖的局部邊界或已成形的斷面中心連線，采用像方控制模式依次分別沿攝站點連線對每一個攝站點分幅拍攝條帶圖像。相鄰攝站點所拍圖像要求略有重疊。
iv、將上述步驟ii～iii所采集的圖像傳入計算機4，通過配套研制的專用軟件處理，通過一系列的人機對話交互式操作，生成符合相關規(guī)程規(guī)范要求的地質編錄技術成果圖表。且所有的圖形圖像全部納入數(shù)據(jù)庫管理，形成可后續(xù)利用的共享數(shù)據(jù)源。
本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)獨立完整、操作簡便、經(jīng)濟實用，精度滿足要求，大大推動了高新技術在地質專業(yè)中的應用，使地質工程技術人員從繁重的野外地質測繪編錄中得以解脫，減輕了勞動強度、提高了工作效率和成果質量。


圖1為本發(fā)明一個實施例的結構示意圖；圖2為本發(fā)明另一實施例的結構示意圖；圖3為本發(fā)明編錄方法框圖。
圖4為本發(fā)明坐標網(wǎng)格示意圖。
以上圖1～3中1-數(shù)碼相機， 2-帶支架的經(jīng)緯儀，3-數(shù)碼相機可量測化檢測裝置， 4-計算機，5-地質數(shù)碼攝影編錄儀。
6-現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選，7-圖像處理， 8-地質要素提取及特征描述9-CAD成圖， 10-編錄信息管理，11-外部功能擴展。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)及其編錄方法，該系統(tǒng)由數(shù)碼相機1、帶支架的經(jīng)緯儀2或地質數(shù)碼攝影編錄儀5、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3和計算機組成4(參見圖1～2)。本發(fā)明所涉及的編錄對象或為地下洞室，或為邊坡，或為基坑，或為組合邊坡(基坑)，或為山地(河谷)，甚或為鉆孔巖芯。每一編錄對象所對應的編錄方法包含有現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選6、圖像處理7、地質要素提取及特征描述8、CAD成圖9、編錄信息管理10及外部功能擴展11(參見圖3)。
實施例1，參見圖1，數(shù)碼相機1選擇日本佳能公司生產(chǎn)的PowerShot G2型數(shù)碼相機。
帶支架的經(jīng)緯儀2由J2型經(jīng)緯儀與專用支架連接而成，支架采用南京112廠生產(chǎn)的鋁合金箱型無蓋式結構的數(shù)碼相機托盤式支架，用于地下洞室編錄時安裝數(shù)碼相機。
數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3采用中國水電顧問集團中南勘測設計研究院圭臬新技術公司生產(chǎn)的SK-101型數(shù)碼相機可量測化檢測裝置。該裝置用于數(shù)碼相機的可量測化改造，即精確測定數(shù)碼相機的內(nèi)、外方位元素，達到數(shù)碼相機可應用于地質數(shù)碼影像編錄之目的。
計算機4選擇北京聯(lián)想公司生產(chǎn)的開天-4600型微機，操作系統(tǒng)為Windows XP，軟件支持平臺為MS-Office XP、MapInfo Professional6.5、AutoCAD 2004；軟件開發(fā)平臺為Microsoft Visual Studio 2000。通過開發(fā)專用圖像處理、地質編錄、數(shù)據(jù)庫管理和CAD成圖軟件，達到生成地質專業(yè)所需技術成果圖表之目的。
數(shù)碼相機構像畸變系數(shù)的確定，使用上述數(shù)碼相機1，在平坦的垂直面上構建一坐標網(wǎng)格(參見圖4)，網(wǎng)格單元大小依數(shù)碼相機采用之焦距與景深調(diào)整；通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C4進行圖像分析、計算與確定畸變系數(shù)，進行相機畸變系數(shù)檢測；所述畸變系數(shù)的計算方法是采用如下數(shù)學模型對原始影像進行畸變校正Δx=(x-x0)(k1+k2r2+k3r4)+p1(r2+2(x-x0)2)+2p2(x-x0)(y-y0)Δy=(y-y0)(k1+k2r2+k3r4)+p2(r2+2(y-y0)2)+2p1(x-x0)(y-y0)]]>數(shù)碼相機外方位控制元素的確定，將設有上述數(shù)碼相機1的攝影編錄經(jīng)緯儀或地質數(shù)碼攝影編錄儀，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將所得圖像傳輸?shù)接嬎銠C進行圖像分析確定其外方位控制元素，使用數(shù)碼相機可量測化檢測裝置進行相機內(nèi)方位元素檢測，即在檢測裝置前方架設兩臺經(jīng)緯儀或全站儀，利用經(jīng)緯儀或全站儀觀測所有標貼代表的控制點，通過前方交會和三角高程法獲得各控制點的物方坐標，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C進行圖像分析、計算與確定其內(nèi)方位元素，所述內(nèi)方位元素的計算方法是采用如下數(shù)學模型 現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選6用于地下洞室①單層連續(xù)開挖(自上往下一層一層全面開挖，非導洞或拉槽)方式，選擇洞中心線作為攝站點縱軸線，每一樁段起始攝站點與樁號對應，依次按右手定則向前推進。每一攝站點均沿繞洞室斷面的地質編錄邊界范圍拍攝條帶圖像，條帶間圖像稍有重疊。
②分層分期開挖方式，如果為中間導洞方式仍選擇洞中心線作為攝站點縱軸線，兩側拉槽開挖方式選擇非地質編錄的邊界作為攝站點縱軸線，每一樁段起始攝站點與樁號對應，依次按右手定則向前推進。每一攝站點均沿繞洞室斷面的地質編錄邊界范圍拍攝條帶圖像，條帶間圖像稍有重疊。
現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選6用于邊坡、基坑、山地、河谷及鉆孔巖芯對于邊坡、基坑、山地、河谷等地面工況，采用物方控制模式手持自由拍攝或定位拍攝獲取現(xiàn)場圖像，現(xiàn)場拍攝時選擇攝站點連線與坡面走向基本一致，攝站點與坡面距離控制在8～35m，拍攝方向從左往右推進，每一取景范圍均分設左、右攝站點，依次分別拍攝左片和右片，構成立體像對。對于鉆孔巖芯編錄，采用物方控制模式手持自由拍攝或定位拍攝獲取現(xiàn)場圖像，現(xiàn)場巖芯按鉆探進尺順序分箱擺設，單一回轉進尺巖芯分段標示記錄牌，攝站點與巖芯相距1～3m。
現(xiàn)場圖像采集完成以后，通過圖像處理7將其進行分幅編碼、畸變校正、幾何糾正、圖像鑲嵌，得到可供地質編錄的鑲嵌底圖；通過地質要素提取及特征描述8，將上述編錄底圖轉入Mapinfo 6.5中文版平臺，利用自主編制的專用編錄軟件，采用人工引導式的目標交互識別技術將地質信息從影像中提取，得到地質編錄初步成果圖；通過CAD成圖9，將上述地質編錄初步成果圖轉入AutoCAD 2004中文版平臺，利用自主編制的專用CAD專用成圖模塊，采用自動成圖與人機對話相結合的方法生成符合相關規(guī)程規(guī)范和技術精度的地質編錄成果圖；通過編錄信息管理10，將所有的原始圖像、編錄圖像、技術成果全部存入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)圖形特征與屬性特征的連接與管理，使地質測繪編錄要素的雙向查詢得以方便實現(xiàn)。
外部功能擴展11，是以編錄信息管理10為基礎，根據(jù)巖、土體穩(wěn)定性計算軟件和數(shù)理統(tǒng)計軟件的標準數(shù)據(jù)格式，提供相對應的數(shù)據(jù)庫標準通訊數(shù)據(jù)文件，形成與外部應用軟件相連接的橋梁和紐帶，實現(xiàn)地質數(shù)碼編錄信息資源的共享。
此外，針對高山峽谷區(qū)地質測繪和施工開挖場區(qū)的復雜表面，本發(fā)明還采用了三維空間建模和基于DSM的單片投影轉繪方法來實現(xiàn)影像地質編錄；即利用一個現(xiàn)有的數(shù)字表面模型DSM(當目標是地形時，為DEM)，由像點坐標出發(fā)，建立投影光線，通過與DSM的交會來確定投影點物方坐標；通過立體像對定向及影像匹配自動生成目標面的DSM，然后即可在原始數(shù)字影像上配準疊加矢量圖層，通過數(shù)字影像投影轉繪，將影像上描繪的矢量元素投影到物方空間，還可進一步投影到所需的空間成圖平面上，編輯形成各種所需的技術成果圖。曲面邊坡采用了先模擬曲面方程，再進行曲面展示投影的方法；即現(xiàn)場拍攝圖像時，在曲面坡上粘貼5個以上已知其坐標值的標志點，利用這些標志點模擬曲面方程，再將影像投影到該曲面的展示面上，生成正射影像圖。多級組合邊坡采用了水平影像組合投影鑲嵌，根據(jù)影像獲得像素點對應的空間坐標，量測得到每個像素點對應的大地坐標系X和Y坐標，再返回該樁段工作區(qū)獲取相應的參數(shù)來反算得到其Z坐標，利用這些空間坐標進行影像配準，生成跨樁段的水平鑲嵌圖像編錄圖。
實施例2，參見圖2，數(shù)碼相機1選擇日本尼康公司生產(chǎn)的Nikon D1X型專業(yè)數(shù)碼相機，配備Nikon AF17-35型超廣角專業(yè)鏡頭。其優(yōu)點是現(xiàn)場圖像采集畸變小、速度快、精度高。
地質數(shù)碼攝影編錄儀5是一個機械光學定位儀器，作為替換裝置替換帶支架的經(jīng)緯儀2。該裝置采用中國水電顧問集團中南勘測設計研究院圭臬新技術公司生產(chǎn)的DSY-201型地質數(shù)碼攝影編錄儀。該儀器分照準和基座兩部分，儀器通過基座底板螺孔與普通三角架相連，照準部分安裝有光學望遠鏡、水平與垂直定位度盤和相機安置槽。當數(shù)碼相機安置后，可以非常方便地進行目標瞄準和拍攝空間數(shù)字定位。
其余裝置及編錄方法同實施例1。
權利要求
1.一種地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)由數(shù)碼相機(1)、帶支架的經(jīng)緯儀(2)或地質數(shù)碼攝影編錄儀(5)、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置(3)和計算機(4)組成。
2.一種權利要求1所述的地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)的使用方法，其特征是，該方法為以下步驟i、數(shù)碼相機可量測化，包括數(shù)碼相機的畸變差校檢、內(nèi)方位元素檢測和外方位元素的控制，所述數(shù)碼相機可量測化檢測方式如下(1)、使用數(shù)碼相機(1)，在平坦的垂直面上構建一坐標網(wǎng)格，網(wǎng)格單元大小依數(shù)碼相機(1)采用之焦距與景深調(diào)整，①、通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C(4)進行圖像分析、計算與確定畸變系數(shù)，進行相機畸變系數(shù)檢測，所述畸變系數(shù)的計算方法是采用如下數(shù)學模型對原始影像進行畸變校正Δx=(x-x0)(k1+k2r2+k3r4)+p1(r2+2(x-x0)2)+2p2(x-x0)(y-y0)Δy=(y-y0)(k1+k2r2+k3r4)+p2(r2+2(y-y0)2)+2p1(x-x0)(y-y0)]]>②、將設有數(shù)碼相機(1)的帶支架的經(jīng)緯儀(2)或地質數(shù)碼攝影編錄儀(5)，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將所得圖像傳輸?shù)接嬎銠C(4)進行圖像分析確定其外方位控制元素，(2)、使用數(shù)碼相機可量測化檢測裝置(3)進行相機內(nèi)方位元素檢測，即在檢測裝置前方架設兩臺經(jīng)緯儀或全站儀，利用經(jīng)緯儀或全站儀觀測所有標貼代表的控制點，通過前方交會和三角高程法獲得各控制點的物方坐標，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C(4)進行圖像分析、計算與確定其內(nèi)方位元素，所述內(nèi)方位元素的計算方法是采用如下數(shù)學模型 ii、將經(jīng)過量測化檢測過的數(shù)碼相機(1)置于邊坡或基坑或山地或河谷或鉆孔巖芯地面拍攝場地，在單幅照片可拍攝的場景內(nèi)設置4個影像標志測量點，根據(jù)上述現(xiàn)場拍攝模式優(yōu)選方式選擇攝站點，采用物方控制模式手持相機拍攝或將相機安裝在三角架上進行定位拍攝獲取現(xiàn)場圖像，并且分設左、右攝站點，分別對同一目標拍攝成左、右兩張圖像，形成立體像對，提取地質要素及結構面產(chǎn)狀量算和空間關系轉化，iii、將經(jīng)過量測化檢測過的數(shù)碼相機(1)安裝在帶支架的經(jīng)緯儀(2)或地質數(shù)碼攝影編錄儀(5)上，然后置于地下洞室地質編錄現(xiàn)場，依據(jù)地下洞室斷面曲線方程和分期、分層開挖方式選擇攝站點位置，攝站點連線為洞軸線或現(xiàn)場開挖的局部邊界或已成形的斷面中心連線，采用像方控制模式依次分別沿攝站點連線對每一個攝站點分幅拍攝條帶圖像，iv、將上述步驟ii～iii所采集的圖像傳入計算機(4)，通過配套研制的專用軟件處理，通過一系列的人機對話交互式操作，生成地質編錄技術成果圖表，將上述所得圖形圖像納入數(shù)據(jù)庫管理，形成可后續(xù)利用的共享數(shù)據(jù)源。v、以上述共享數(shù)據(jù)源為基礎，根據(jù)巖、土體穩(wěn)定性計算軟件和數(shù)理統(tǒng)計軟件的標準數(shù)據(jù)格式，提供相對應的數(shù)據(jù)庫標準通訊數(shù)據(jù)文件，形成與外部應用軟件相連接的橋梁和紐帶，實現(xiàn)地質數(shù)碼編錄信息資源的共享。
3.根據(jù)權利要求2所述的地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)的使用方法，其特征是，所述步驟ii為將基于組合邊坡(基坑)的水平投影編錄的單幅糾正圖像統(tǒng)一投影到大地水準面上，按照大地坐標鑲嵌，得到水平展示鑲嵌圖像。
4.根據(jù)權利要求2所述的地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)的使用方法，其特征是，所述步驟ii為將基于曲面邊坡的投影編錄采用先模擬曲面方程，再進行曲面展示投影。
5.根據(jù)權利要求2所述的地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)的使用方法，其特征是，所述步驟ii為將基于山地(河谷)的地質平面測繪編錄采用三維空間建模及基于DSM的單片投影轉繪方法實現(xiàn)數(shù)碼影像地質編錄。
全文摘要
一種地質數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)及其使用方法，該系統(tǒng)由數(shù)碼相機1、帶支架的經(jīng)緯儀2、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3和計算機4組成。該方法為以下步驟i、數(shù)碼相機可量測化；ii、于邊坡、洞室、基坑等拍攝現(xiàn)場圖像；iii、對選擇的攝站點拍攝條帶圖像；iv、將步驟ii～iii采集的圖像傳入計算機4處理，生成符合要求的地質編錄技術成果圖表。上述系統(tǒng)獨立完整、操作簡便、經(jīng)濟實用，精度滿足要求，使地質工作人員從繁重的野外測繪編錄中解脫，勞動強度減輕，工作效率提高。
文檔編號H04N5/232GK1794786SQ20051003231
公開日2006年6月28日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權日2005年10月28日
發(fā)明者李 浩, 劉新中, 張友靜, 夏宏良, 楊彪, 鄒文志 申請人:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院, 河海大學