一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，包括將攝像頭鉆孔的中心位置，并對鉆孔拍攝圖像，將拍攝的圖像按照展開角展開，計算展開深度；按照上述方法對鉆孔的井壁進行拍攝，將不同位置處拍攝的圖像展開，利用計算機圖像融合技術進行拼接，形成一個完整的拼接圖像，也可得到拼接圖像的長度，根據(jù)攝像頭的初始位置和拼接圖像的長度，可知攝像頭停止的位置，同時也可以知道圖像中任意位置對應的鉆孔的深度；本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術中對礦井內(nèi)任意位置的深度難以測量的問題，以便鉆孔內(nèi)出現(xiàn)異常情況時，可以及時準確的進行處理；本發(fā)明的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，不受攝像頭連接的計數(shù)輪或標尺的限制，數(shù)據(jù)準確。
【專利說明】
一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及工程檢測技術領域，具體說是一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法。
【背景技術】
[0002]目前通過鉆孔電視成像技術可以對整個礦井進行安全監(jiān)測，但是在檢測過程中如某一地點礦井出現(xiàn)問題，不能及時知道其的深度，給礦井監(jiān)管帶來不便，這是由于目前鉆孔電視成像系統(tǒng)中對鉆孔檢測所成電視圖像的深度的測量，通常采用攝像頭與主機相連的導線在孔口安裝的計數(shù)輪測量攝像頭的深度;或者通過圓形空心金屬管件上的標尺計算攝像頭的深度，達到標注鉆孔圖像深度的目的。但是，當導線在計數(shù)輪上滑脫或管件上的標尺不清晰時，由于攝像頭的深度不準確，鉆孔電視所成圖像深度就不能確定，因此亟需一種準確測量任意位置鉆孔深度的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法。
[0004]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，通過以下技術方案實現(xiàn):
一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，包括以下步驟:
(1)將最大視角為2α的攝像頭放入孔徑為Ro的鉆孔中，在初始位置通過攝像頭扶正器使攝像頭處于鉆孔的中心位置，并對鉆孔拍攝，得到初始位置的鉆孔圖像;將初始位置的鉆孔圖像按照展開角β展開，同時計算初始位置的鉆孔圖像的展開深度H=Rotga-Rotg(C1-P)；所述的展開角β為10?20°，所述的初始位置攝像頭距離鉆孔口的距離為h1;
(2)采用步驟(I)的方法，先用攝像頭由鉆孔口自上而下對鉆孔的井壁進行拍攝，得到在不同位置處的鉆孔圖像，當攝像頭到某一位置停止后，將不同位置處的鉆孔圖像展開，然后利用計算機圖像融合技術進行拼接，形成一個帶有標尺的完整的拼接圖像，從而得到拼接圖像的長度h2;
(3)根據(jù)初始位置的深度Iu和步驟(2)所得的拼接圖像的長度h2，計算得到攝像頭停止位置的深度h^lu+hs，根據(jù)初始位置的深度In和完整的拼接圖像上的標尺數(shù)計算得到圖像中任意位置對應的鉆孔的深度。
[0005]優(yōu)選的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，計算機圖像融合技術為特征點法。
[0006]優(yōu)選的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，攝像頭的最大視角為60°，展開角為 10。O
[0007]進一步優(yōu)選的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，步驟(I)中將初始位置的鉆孔圖像按照展開角β展開的步驟如下:
①將在初始位置的鉆孔圖像中攝像頭最大視角所拍攝的圖像邊緣和展開角所圍成的圖像邊緣組成圓環(huán)形的展開區(qū)域；
②將步驟①中的圓環(huán)由極坐標轉(zhuǎn)換為直角坐標，以圖像圓環(huán)形的圓環(huán)中心為極坐標原點O，以圖像的某一方位為極軸建立一極坐標系，設圓環(huán)的內(nèi)圓半徑為仏，外圓半徑為R2，圓環(huán)中間需要展開提取像素點的圓周半徑為R，Ri<R<R2，在直角坐標系中，圓環(huán)圖像中的任意一點坐標為P(x，y)，圓心為0(xq，yo)，γ表示P坐標在極坐標系中的上方角度，則極坐標和直角坐標的轉(zhuǎn)換關系為:
X=Rcos γ +Xo ； y=Rsin γ +yo；
如果以2JIR/360為步長對圓環(huán)圖像進行展開，那么展開后的矩形圖像長為23iR，m表示展開圖像的第m個橫坐標點，展開圖像上P’(x’，y’)的坐標表示為:
X ’ =Rcos ( γ +23Tm/360) +xo ； y=Rsin( γ +2jrm/360)+yo;
逐一提取圓環(huán)上的像素點，并將像素點的極坐標根據(jù)坐標轉(zhuǎn)換關系以及上-左-下-右-上的方位轉(zhuǎn)換到直角坐標系中，形成展開后的矩形圖像。
[0008]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，解決了現(xiàn)有技術中對礦井內(nèi)任意位置的深度難以測量的問題，采用鉆孔電視圖像技術對鉆孔內(nèi)鉆孔的位置進行計算，以便鉆孔內(nèi)出現(xiàn)異常情況時，可以及時準確的進行處理;本發(fā)明的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，不受攝像頭連接的計數(shù)輪或標尺的限制，數(shù)據(jù)準確，能幫助工作人員確定所攝圖像的詳細位置，為處理鉆孔突發(fā)情況提供詳細的數(shù)據(jù)支持。
【附圖說明】
[0009]圖1為鉆孔攝像角度圖；
圖2為展開角度20°時圓環(huán)；
圖3為環(huán)形圖像展開如后不意圖；
圖4為圖像拼接過程圖；
圖5完整的拼接圖像示意圖；
圖6為攝像頭在孔中所拍攝圖像；
圖7為環(huán)形圖像極坐標系；
圖8為將圖6展開后的矩形圖。
【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，通過以下技術方案實現(xiàn):
一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，包括以下步驟:
(1)將最大視角為2α的攝像頭放入孔徑為Ro的鉆孔中，在初始位置通過攝像頭扶正器使攝像頭處于鉆孔的中心位置，并對鉆孔拍攝，得到初始位置的鉆孔圖像;將初始位置的鉆孔圖像按照展開角β展開，同時計算初始位置的鉆孔圖像的展開深度H=Rotga-Rotg(C1-P)；所述的展開角β為10?20°，所述的初始位置攝像頭距離鉆孔口的距離為h1;
(2)采用步驟(I)的方法，先用攝像頭由鉆孔口自上而下對鉆孔的井壁進行拍攝，得到在不同位置處的鉆孔圖像，當攝像頭到某一位置停止后，將不同位置的鉆孔圖像展開，然后利用計算機圖像融合技術進行拼接，形成一個帶有標尺的完整的拼接圖像，從而得到拼接圖像的長度h2;
(3)根據(jù)初始位置的深度In和步驟(2)所得的拼接圖像的長度h2，計算得到攝像頭停止位置的深度h^lu+hs，根據(jù)初始位置的深度In和完整的拼接圖像上的標尺數(shù)計算得到圖像中任意位置對應的鉆孔的深度。
[0011]優(yōu)選的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，計算機圖像融合技術為特征點法。
[0012]優(yōu)選的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，攝像頭的最大視角為60°，展開角為 10。O
[0013]進一步優(yōu)選的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，步驟(I)中將初始位置的鉆孔圖像按照展開角β展開的步驟如下:
①將在初始位置的鉆孔圖像中攝像頭最大視角所拍攝的圖像邊緣和展開角所圍成的圖像邊緣組成圓環(huán)形的展開區(qū)域；
②將步驟①中的圓環(huán)由極坐標轉(zhuǎn)換為直角坐標，以圖像圓環(huán)形的圓環(huán)中心為極坐標原點0，以圖像的某一方位為極軸建立一極坐標系，設圓環(huán)的內(nèi)圓半徑為仏，外圓半徑為R2，圓環(huán)中間需要展開提取像素點的圓周半徑為R，Ri<R<R2，在直角坐標系中，圓環(huán)圖像中的任意一點坐標為P(x，y)，圓心為O(Xt)，yo)，γ表示P坐標在極坐標系中的上方角度，則極坐標和直角坐標的轉(zhuǎn)換關系為:
X=Rcos γ +xo；y=Rsin γ +yo；
如果以2JIR/360為步長對圓環(huán)圖像進行展開，那么展開后的矩形圖像長為23iR，m表示展開圖像的第m個橫坐標點，展開圖像上P’(x’，y’)的坐標表示為:
X ’ =Rcos ( γ +23Tm/360) +xo ； y=Rsin( γ +2jrm/360)+yo;
逐一提取圓環(huán)上的像素點，并將像素點的極坐標根據(jù)坐標轉(zhuǎn)換關系以及上-左-下-右-上的方位轉(zhuǎn)換到直角坐標系中，形成展開后的矩形圖像。
[0014]以下結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明作進一步的描述。
[0015]實施例1
一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，包括以下步驟:
①將攝像頭放入孔徑為Ro的鉆孔中，通過攝像頭扶正器使攝像頭處于鉆孔的中心位置，并對鉆孔拍攝圖像;所述攝像頭的最大視角為2α;所述的初始位置攝像頭距離鉆孔口的距離為h1;在確定攝像頭的中心位置后，由圖1可知，距離攝像頭中心位置越近，成像點越靠近圖像的邊緣，距離攝像頭中心位置越遠，成像點越靠近圖像的中心區(qū)域，即攝像頭在鉆孔中的圖像遵循內(nèi)遠外近的原則;在圖1中攝像頭的視角最大為α3時，成像點所圍成的圓在圖像的外圍，攝像頭的視角最小為α I時，成像點所圍成的圓靠近圖像的中心；
②將攝像頭在鉆孔中下降到距鉆孔口出處對鉆孔拍攝，得到圖像I，將圖像I按照展開角β展開，同時計算圖像I的展開深度;所述的展開角β為20°，圖像I的展開深度H=Rotga-Rotg(a-β);如圖2所示，對鉆孔圖像進行展開處理，將圖像圓環(huán)形以圓環(huán)中心為極坐標原點，以圖像的某一方位為極軸建立極坐標系，在圖像展開時逐一提取某個半徑R圓上的像素點，將半徑R圓上像素點的極坐標根據(jù)坐標轉(zhuǎn)換關系以及上-左-下-右-上的方位轉(zhuǎn)換到直角坐標系中，如圖3所示展開前的圓環(huán)在展開后形成矩形；因為環(huán)形圖像是按照一定的展開角β展開，已知鉆孔的半徑Ro，可以計算環(huán)寬(展開圖像的深度)，即圖3中Y軸方向的長度，X軸方向的大小是鉆孔的周長。
[0016]③將攝像頭繼續(xù)下降一段距離，按照步驟②的方法處理，同樣得到展開圖像的長度；
④將兩幅有重合部位的圖像利用計算機圖像融合技術進行拼接，可得到拼接后圖像的長度;如圖4所示；
⑤用攝像頭自上而下對鉆孔的井壁進行拍攝，重復步驟②③④，當攝像頭在某一位置停止后，并將不同位置處拍攝的圖像展開，然后利用計算機圖像融合技術進行拼接，可形成完整的拼接圖像，如圖5所示，所述的完整的拼接圖像上帶有標尺，可得到拼接圖像的長度h2，通過攝像頭的初始位置的深度In，計算得到攝像頭停止位置的深度，根據(jù)初始位置的深度hi和完整的拼接圖像上任意位置處的的標尺數(shù)h3計算得到圖像中任意位置對應的鉆孔的深度hx=hi+h3。
[0017]實施例2
將攝像頭在孔中拍攝的圖像展開的步驟如下:
攝像頭在孔徑Ro的鉆孔的某一位置處攝影，形成圓環(huán)形圖像，如圖6所示，圖6中大圓形為攝像頭最大視角120°所拍攝的圖像邊界，小圓形為展開角10°處所圍成的圓形，鉆孔圖像展開半徑R=Ro(tg60°-tg50°);
以圖像圓環(huán)形的圓環(huán)中心為極坐標原點0，以圖像的某一方位為極軸建立一極坐標系，如圖7所示，設圓環(huán)的內(nèi)圓半徑為辦，外圓半徑為R2,圓環(huán)中間需要展開提取像素點的圓周半徑為R，Ri<R<R2，在直角坐標系中，如圖3所示，圓環(huán)圖像中的任意一點坐標為P(x，y)，圓心為0(XQ，yQ)，γ表示P坐標在極坐標系中的上方角度，則極坐標和直角坐標的轉(zhuǎn)換關系為:X=Rcos γ +xo；y=Rsin γ +yo；
如果以2JIR/360為步長對圓環(huán)圖像進行展開，那么展開后的矩形圖像長為23iR，m表示展開圖像的第m個橫坐標點，展開圖像上P’(x’，y’)的坐標表示為:
X ’ =Rcos ( γ +23Tm/360) +xo ； y=Rsin( γ +2jrm/360)+yo;
逐一提取圓環(huán)上的像素點，并將像素點的極坐標根據(jù)坐標轉(zhuǎn)換關系以及上-左-下-右-上的方位轉(zhuǎn)換到直角坐標系中，形成展開后的矩形圖像，將圖6中的圖像展開后如圖8所示。
【主權項】
1.一種基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將最大視角為2α的攝像頭放入孔徑為Ro的鉆孔中，在初始位置通過攝像頭扶正器使攝像頭處于鉆孔的中心位置，并對鉆孔拍攝，得到初始位置的鉆孔圖像;將初始位置的鉆孔圖像按照展開角β展開，同時計算初始位置的鉆孔圖像的展開深度H=Rotga-Rotg(C1-P);所述的展開角β為10?20°，所述的初始位置攝像頭距離鉆孔口的距離為h1; (2)采用步驟(I)的方法，先用攝像頭由鉆孔口自上而下對鉆孔的井壁進行拍攝，得到在不同位置處的鉆孔圖像，當攝像頭到某一位置停止后，將不同位置處的鉆孔圖像展開，然后利用計算機圖像融合技術進行拼接，形成一個帶有標尺的完整的拼接圖像，從而得到拼接圖像的長度h2; (3)根據(jù)初始位置的深度In和步驟(2)所得的拼接圖像的長度h2，計算得到攝像頭停止位置的深度h^lu+hs，根據(jù)初始位置的深度In和完整的拼接圖像上的標尺數(shù)計算得到圖像中任意位置對應的鉆孔的深度。2.根據(jù)權利要求1所述的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，其特征在于:計算機圖像融合技術為特征點法。3.根據(jù)權利要求1所述的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，其特征在于:攝像頭的最大視角為60°，展開角為10°。4.根據(jù)權利要求1所述的基于鉆孔電視圖像計算鉆孔深度的方法，其特征在于:步驟(I)中將初始位置的鉆孔圖像按照展開角β展開的步驟如下: ①將在初始位置的鉆孔圖像中攝像頭最大視角所拍攝的圖像邊緣和展開角所圍成的圖像邊緣組成圓環(huán)形的展開區(qū)域； ②將步驟①中的圓環(huán)由極坐標轉(zhuǎn)換為直角坐標，以圖像圓環(huán)形的圓環(huán)中心為極坐標原點O，以圖像的某一方位為極軸建立一極坐標系，設圓環(huán)的內(nèi)圓半徑為仏，外圓半徑為R2，圓環(huán)中間需要展開提取像素點的圓周半徑為R，Ri<R<R2，在直角坐標系中，圓環(huán)圖像中的任意一點坐標為P(x，y)，圓心為0(xq，yo)，γ表示P坐標在極坐標系中的上方角度，則極坐標和直角坐標的轉(zhuǎn)換關系為:X=Rcos γ +Xo ； y=Rsin γ +yo； 如果以2JIR/360為步長對圓環(huán)圖像進行展開，那么展開后的矩形圖像長為23iR，m表示展開圖像的第m個橫坐標點，展開圖像上P’(x’，y’)的坐標表示為:X ’ =Rcos ( γ +23Tm/360) +xo ； y=Rsin ( γ +2jrm/360)+yo; 逐一提取圓環(huán)上的像素點，并將像素點的極坐標根據(jù)坐標轉(zhuǎn)換關系以及上-左-下-右-上的方位轉(zhuǎn)換到直角坐標系中，形成展開后的矩形圖像。
【文檔編號】G06T7/00GK105931219SQ201610225854
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】趙憲堂, 王振飛, 李書華, 歐陽偉
【申請人】山東正元地球物理信息技術有限公司