(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210848647.4 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 中国地质调查局武汉地质调查中心 地址 430074 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区光谷大道69号 (72)发明人 李明　曹辉　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 李登桥 (51)Int.Cl. G01B 11/16(2006.01) G06T 7/60(2017.01) G06T 7/73(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 17/05(2011.01)G06T 19/20(2011.01) (54)发明名称 一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量 系统及方法 (57)摘要 本发明提供了一种红外光源立体视觉地质 裂缝变形测量系统及方法， 立体视觉测量装置包 括固定在相机支架上相 隔一定距离的第一红外 图像传感器和第二红外图像传感器； 所述第一红 外图像传感器和第二红外图像传感器与设置在 滑坡上的多组红外反光标志装置相配合； 所述红 外反光标志装置布置在滑坡裂缝的周围区域； 所 述第一红外图像传感器和第二红外图像传感器 的摄影基线中间部位设置有红外照明光源； 所述 立体视觉测量装置通过物联网与远程监控中心 通讯相连。 采用地质裂缝立体视觉监测与三维几 何分析相结合， 实现全自动三维建模分析， 确定 地质裂缝变化规律， 定量预测地质灾害隐患发展 趋势。 同时通过远程图像监测地灾隐患区实际状 况， 避免误报警情况发生。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 115127472 A 2022.09.30 CN 115127472 A 1.一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统， 其特征在于， 它包括用于对滑坡裂 缝进行图像采集的立体视 觉测量装置； 所述立体视觉测量装置包括固定在相机支架(6)上相隔一定距离的第 一红外图像传感 器(5)和第二红外图像传感器(7)； 所述第一红外图像传感器(5)和第二红外图像传感器(7)与设置在滑坡(1)上的多组红 外反光标志装置相配合； 所述红外反光标志装置布置在滑坡裂缝(4)的周围区域； 所述第一红外图像传感器(5)和第二红外图像传感器(7)的摄影基线中间部位设置有 红外照明光源(8)； 所述立体视觉测量装置通过物联网与远程 监控中心通讯相连。 2.根据权利要求1所述一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统， 其特征在于： 所 述相机支架(6)固定安装在滑坡边缘的稳固边坡 上； 相机支架(6)由高强度的轻型金属材料 制作。 3.根据权利要求1所述一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统， 其特征在于： 所 述第一红外图像传感器(5)和第二红外图像传感器(7)采用相同的结构， 包括固定焦距的高 分辨率摄影镜头， 红外滤光模块， 红外感光模块和图像数据存储传输模块； 采用圆柱式一体 的立体摄影机架及相机保护罩， 在相机观测孔处配以特殊 光学玻璃。 4.根据权利要求3所述一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统， 其特征在于： 所 述第一红外图像传感器(5)和第二红外图像传感器(7)与用于提供电能的太阳能供电模块 相连； 所述图像数据存储传输模块通过无线通讯方式与远程监控中心相连， 并实时传输滑坡 裂缝表面的立体 影像。 5.根据权利要求1所述一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统， 其特征在于： 所 述红外反光标志装置包括插入到滑坡(1)上的固定杆(2)， 在固定杆(2)的顶端固定有反光 标志牌(3)。 6.根据权利要求1所述一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统， 其特征在于： 所 述红外照明光源(8)包括 LED发光模块， 反光 罩和光强度控制模块。 7.根据权利要求1所述一种红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统， 其特征在于： 所 述远程监控中心包括工业计算机， 工业计算机上 搭载有封闭式数据处 理单元。 8.采用权利要求1 ‑7任意一项所述红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统进行裂缝 变形测量的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一， 将立体视觉地质裂缝变形测量系统安置在三维控制场中， 获取相应的立体数 字影像， 以不同姿态和位置来获取多组立体数字影 像； 步骤二， 通过立体视觉测量装置自动 量测数字影像上每个红外反光标志装置的控制标 志点的像点 坐标； 步骤三， 通过摄影测量光束法平差解算第一红外图像传感器(5)和第二红外图像传感 器(7)两台相机的等效主距、 像主点坐标、 畸变差改正系数、 投影中心空间坐标和相机姿态 角； 步骤四， 根据两台相机对应投影中心 的空间坐标计算两点的空间距离， 获取多组影像权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115127472 A 2时进一步计算其平均值， 由此 得到立体相机摄 影基线长度Bx； 步骤五， 根据两台相机对应投影中心的空间坐标计算基线矢量在标定场 坐标系中的空 间方向， 设基线方向为基线坐标系的X方向， 其中一台相机主光轴为Z方向且该相机的绕X方 向的旋转角为零， Y方向垂 直于XZ平面并满足右手法则， 由此可以得到标定场坐标系至基线 坐标系旋转矩阵RB； 步骤六， 设两台相机姿态角对应的旋转矩阵分别为R1和R2， 分别计算两台相机在 基线坐 标系下的姿态 矩阵： Rs1＝RB R1， Rs2＝RB R2； 步骤七， 获取多组影像时重复步骤五及步骤六， 进一步计算姿态矩阵对应姿态角的平 均值， 并由此平均姿态角计算两台相机在基线坐标系下的姿态 矩阵Rs1， Rs2； 步骤八， 解 算地质裂缝几何变形与分析。 9.根据权利要求8所述红外光源立体视觉地质裂缝变形测量系统进行裂缝变形测量的 方法， 其特 征在于， 所述 步骤八中解 算地质裂缝几何变形与分析的具体步骤为： 步骤8.1， 利用边缘提取及曲线拟合算法， 自动量测立体影像上圆形标志点中心对应的 像点坐标(x1， y1)， (x2， y2)； 步骤8.2， 计算标志点地面模型坐标， 利用立体视觉测量装置的标定参数和标志点像点 坐标构成以下 方程组： 其中， (x1， y1)和(x2， y2)是标志点的像点坐标， f1和f2分别是两台立体相机的等效主距， (x10， y10)， (x20， y20)分别是两台立体相机的像主点坐标， (Δx1,Δy1)和(Δx2,Δy2)分别是 两台立体相机的畸变差改正， Bx是基线长度， Rs1和Rs2分别是两台立体相机的旋转矩阵， λ1和 λ2是两个比例系数， (Xm,Ym,Zm)是标志点在基线坐标系下的模型坐标； 消去λ1和 λ2后可以得到4个方程， 将像点坐标作为观测值， 按最小二乘原理解算此方程 组得到标志点对应 基线坐标系下的模型坐标； 步骤8.3， 利用设置在稳定区域内的标志点计算绝对定向以消除环境影响， 通过稳定区 域内标志点在已有地面坐标及本次解算得到的模型坐标， 按最小二乘平差原理解算平移、 旋转、 缩放 等绝对定向参数； 步骤8.4， 计算绝对定向后的标志点地面坐标， 利用步骤8.3得到的绝对定向参数和步 骤8.2得到的标志点模型坐标， 按下式计算全部标志点的地 面坐标： 其中， (Xp,Yp,Zp)是标志点的地面坐标， (Xm,Ym,Zm)是标志点的模型坐标， (X0,Y0,Z0)是权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115127472 A 3