隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法

2023-08-05 03:42:56

隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法
【專利摘要】本發明公開了一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，該方法至少包括如下步驟：在待掃描隧道區間中，通過三維雷射掃描儀採集至少3測站掃描點雲數據，並按圓柱投影法生成正射影像；將生成的所述正射影像進行分區，統計在各分區測線的反射率分布曲線，並將這些反射率分布曲線匯集以獲得反射率校正曲線；之後掃描所述正射影像，並根據反射率校正曲線校正所述正射影像。本發明的優點是，通過對隧道的雷射量測反射率進行校正後可減小同隧道真實內壁反射率之間的差異，增強三維雷射掃描正射影像的效果，同時可利用該方法統一反射率值、提高影像的對比度，從而有助於隧道病害信息的自動化提取和判讀。
【專利說明】隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及三維雷射掃描反射率校正方法，具體涉及一種隧道內三維掃描反射率的校正方法。

【背景技術】
[0002]在城市軌道交通隧道維護工作中，通過對隧道內壁影像信息的判讀可識別並量測附屬設備的空間分布和表觀病害信息。傳統的影像獲取一般採用人工光學照相，該採集方式受制於隧道內光線條件和作業時間限制，難以採集大量高精度可量測的隧道內壁影像。
[0003]三維雷射掃描技術是一種以雷射測距方式快速獲取被測物體三維坐標及雷射反射率的測量技術，所採集的高密度點雲數據可直觀反應物體的幾何尺寸和雷射反射率差異信息。雷射反射率的採集不受光線條件限制，可根據隧道內表面的雷射反射率差異信息經投影后插值生成內壁的影像。
[0004]由於雷射反射率會受待測物體材質、掃描儀雷射類型與功率、雷射入射角度和距離、隧道內水汽條件等因素影響，因此雷射量測反射率與真實內壁反射率存在一定差異，量測後需要進行校正。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種隧道內三維掃描反射率的校正方法，該校正方法通過將生成的正射影像進行分區，統計在各分區測線的反射率分布曲線，並將其匯集後獲得反射率校正曲線，以對正射影像進行校正。
[0006]本發明目的實現由以下技術方案完成:
一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，其特徵在於所述校正方法包括如下步驟:在待掃描隧道區間中，通過三維雷射掃描儀採集至少三個測站掃描點雲數據，並按圓柱投影法生成正射影像；將生成的所述正射影像進行分區，即按所述隧道襯砌環沿隧道裡程方向分區，分為I?η區，同時按所述正射影像斷面展開方向分區，至少分為A?T區；統計在A?T區內相應於各第一測線的第一反射率分布曲線；匯集各所述第一反射率分布曲線，以獲得第一反射率校正曲線；掃描所述正射影像，並根據所述第一反射率校正曲線校正所述正射影像；繼續統計在A?T區內相應於各第二測線的多個第二反射率分布曲線，其中所述第二測線的數目小於所述第一測線的數目；以多個所述第二反射率分布曲線取代所述第一反射率分布曲線中的前多個第一反射率分布曲線，並將兩者匯集以獲得第二反射率校正曲線；再次掃描所述正射影像，並根據所述第二反射率校正曲線再次校正所述正射影像。
[0007]所述第一測線的數量不少於所述正射影像在斷面展開方向的分區數量。
[0008]通過第N次反射率校正曲線校正所述正射影像，以使所述正射影像達到要求的清晰度，所述N的大小取決於所述正射影像需要校正的次數。
[0009]所述第一反射率校正曲線的計算過程為:(I)根據各所述第一反射率分布曲線，提取所述第一測線所在分區A的反射率均值HAi，然後將分區A的反射率均值Hm統一到分區I的反射率均值Hai獲得兩者交叉區域的反射率校正係數IA1，即IA1=HAi/HA1，並依此法，依次獲得分區A同其餘分區2?η交叉區域的反射率校正係數ΙΑ2、ΙΑ3...ΙΑ? ; (2)按照步驟(I)中所述方法，依次獲得分區B、C- T同分區I?η的交叉區域的反射率校正係數(IB1、Ib2-…(Ιπ、ΙΤ2...ΙΤη) ; (3)匯集各所述交叉區域的反射率校正係數，以獲得所述第一反射率校正曲線。
[0010]相鄰所述測站之間具有重複區域，以第一測站的重複區域的反射率校準值作為第二測站中所述重複區域的反射率均值，依次進行相鄰所述測站掃描點雲數據的拼接。
[0011]本發明的優點是，通過對隧道的雷射量測反射率進行校正後可減小同隧道真實內壁反射率之間的差異，增強三維雷射掃描正射影像的效果，同時可利用該方法統一反射率值、提高影像的對比度，從而有助於隧道病害信息的自動化提取和判讀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發明方法流程示意圖；
圖2為本發明中反射率影像校正分區參數圖；
圖3為本發明中相鄰測站重複掃描區域反射率校正參數平滑處理示意圖；
圖4為本發明中測站掃描數據歸一化後逐環反射率統計圖。

【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖通過實施例對本發明的特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解:
如圖1-4，圖中標記1-5分別為:測站1、測站2、測站3、重複掃描區域4、重複掃描區域5。
[0014]實施例:本實施例具體涉及一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，反射率校正的目的在於:1)解決反射率信息生成影像時出現的顏色(灰度)不均勻的問題；2)提升影像的細節信息，包括對比度、亮度等，有助於提高影像的判讀能力；3)統一反射率特徵(均一化)，便於後續實施滲漏水信息、隧道病害的自動提取。
[0015]如圖1-4所示，本實施例中隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法具體包括以下步驟:
(1)在待掃描隧道區間中，選取內壁附著物較少的典型區段採集至少3個測站的掃描數據，並按圓柱投影法生成正射影像；
(2)在生成的正射影像中，按如圖2所示方式進行分區，即X方向(隧道裡程方向)按隧道襯砌環分區，共25環，故分為I?25區；Y方向按正射影像斷面展開方向分區，分為A?T區，此處可根據需要調整分區數，分區數越多相應的校正曲線精度也就越多，但是運算量也相應越大；其中，X方向的分區同Y方向的分區的交叉區域可通過各自的分區號聯合表示，例如分區A與分區13的交叉區域表示為Α13 ；
(3)實際盾構隧道的內壁反射率呈現一定規律性，統計在A?T區內相應於各第一測線的第一反射率分布曲線，確保每個分區內至少具有一條第一測線；之後匯集前述的各第一反射率分布曲線，以獲得第一反射率校正曲線；其後掃描正射影像，並根據該第一反射率校正曲線校正該正射影像；其中，第一反射率校正曲線的具體計算過程為: a)根據第一測線A相應的第一反射率分布曲線，計算獲得分區A點雲的反射率均值Hm，然後將分區A的反射率均值Hm統一到分區I的反射率均值Hai獲得兩者交叉區域Al的反射率校正係數IA1，即計算公式為IA1=HAi/HA1，其中襯砌環分區的反射率均值可通過如圖4所示的方法統計計算得到；之後依此法，依次獲得分區A同其餘分區2?25交叉區域的反射率校正係數ιΑ2、ιΑ3...ιΑη;
b)按照步驟a中所述方法，依次獲得分區Β、0..Τ同分區I?25的交叉區域Β1、Β2...Τ24、Τ25 的反射率校正係數，即(IB1、Ib2…IB25)、(IC1、Ic2…Ic25)…(In、If IT25);
c)匯集所有交叉區域的反射率校正係數，以獲得正射影像的第一反射率校正曲線；
(4)繼續統計在A?T區內相應於各第二測線的第二反射率分布曲線，此時第二測線的數量應小於第一測線的數量，例如第一測線的數量為25，第二測線的數量為20 ;以20個第二反射率分布曲線取代25個第一反射率分布曲線中的前20個第一反射率分布曲線，並將20個第二反射率分布曲線同剩餘的5個第一反射率分布曲線匯集以獲得新的第二反射率校正曲線；再次掃描上一步驟中的正射影像，並根據第二反射率校正曲線校正該正射影像。
[0016](5)如圖3所示，為了保證相鄰測站之間重複區域的反射率過渡平滑，以測站I的重複區域4的反射率校準值作為測站2中該區域的反射率均值，以測站2的重複區域5的反射率校準值作為測站3中該區域的反射率均值，依次進行多站掃描數據的拼接。
[0017]需要說明的是，考慮到隧道一般為對稱結構，即測線A與測線T的反射率校正曲線可重複利用，測線B與測線S的反射率校正曲線可重複利用，測線C與測線R的反射率校正曲線可重複利用；此外，本實施例中可採用第N測線，並獲取第N次反射率校正曲線，以校正前述的正射影像，進行多次校正的目的在於使正射影像達到要求的清晰度。
[0018]本實施例中的方法可應用於隧道三維雷射掃描正射影像的效果增強，可利用該方法統一反射率值、提高影像的對比度等，從而有助於隧道內壁病害影像信息的自動化判讀，應用前景和經濟效益良好。
【權利要求】
1.一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，其特徵在於所述校正方法包括如下步驟:在待掃描隧道區間中，通過三維雷射掃描儀採集至少三個測站掃描點雲數據，並按圓柱投影法生成正射影像；將生成的所述正射影像進行分區，即按所述隧道襯砌環沿隧道裡程方向分區，分為I?η區，同時按所述正射影像斷面展開方向分區，至少分為A?T區；統計在A?T區內相應於各第一測線的第一反射率分布曲線；匯集各所述第一反射率分布曲線，以獲得第一反射率校正曲線；掃描所述正射影像，並根據所述第一反射率校正曲線校正所述正射影像；繼續統計在A?T區內相應於各第二測線的多個第二反射率分布曲線，其中所述第二測線的數目小於所述第一測線的數目；以多個所述第二反射率分布曲線取代所述第一反射率分布曲線中的前多個第一反射率分布曲線，並將兩者匯集以獲得第二反射率校正曲線；再次掃描所述正射影像，並根據所述第二反射率校正曲線再次校正所述正射影像。
2.根據權利要求1所述的一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，其特徵在於所述第一測線的數量不少於所述正射影像在斷面展開方向的分區數量。
3.根據權利要求1所述的一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，其特徵在於通過第N次反射率校正曲線校正所述正射影像，以使所述正射影像達到要求的清晰度，所述N的大小取決於所述正射影像需要校正的次數。
4.根據權利要求1所述的一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，其特徵在於所述第一反射率校正曲線的計算過程為:(1)根據各所述第一反射率分布曲線，提取所述第一測線所在分區A的反射率均值HAi，然後將分區A的反射率均值Hm統一到分區I的反射率均值Hai獲得兩者交叉區域的反射率校正係數IA1，即IA1=HAi/HA1，並依此法，依次獲得分區A同其餘分區2?η交叉區域的反射率校正係數IA2、Iw ΙΑη ；(2)按照步驟(I)中所述方法，依次獲得分區Β、0..Τ同分區I?η的交叉區域的反射率校正係數(IB1、IyIBn)、(Icl、込…込)…(Ιπ、IfIJ ; (3)匯集各所述交叉區域的反射率校正係數，以獲得所述第一反射率校正曲線。
5.根據權利要求1所述的一種隧道內三維雷射掃描反射率的校正方法，其特徵在於相鄰所述測站之間具有重複區域，以第一測站的重複區域的反射率校準值作為第二測站中所述重複區域的反射率均值，依次進行相鄰所述測站掃描點雲數據的拼接。
【文檔編號】G01N21/88GK104374780SQ201410726488
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】許正文, 付和寬, 劉飛, 袁釗 申請人:上海巖土工程勘察設計研究院有限公司