(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局地址221100江蘇省徐州市銅山區(qū)大學(xué)號劉學(xué)習(xí)劉鑫陶士快楊婭敏所(普通合伙)61223露天礦邊坡三維紋理成像裝置及邊坡三維(57)摘要本發(fā)明提供了一種露天礦邊坡三維紋理成臺旋轉(zhuǎn)機架及分別架設(shè)于兩臺旋轉(zhuǎn)機架上的成起始端在鏡筒內(nèi)依次設(shè)置的變倍鏡片、補償鏡21.一種露天礦邊坡三維紋理成像裝置，其特征在于，包括平行設(shè)置的兩臺旋轉(zhuǎn)機架(1)及分別架設(shè)于兩臺旋轉(zhuǎn)機架(1)上的成像組件(2),所述旋轉(zhuǎn)機架(1)包括雙軸驅(qū)動馬達(dá)和水平旋轉(zhuǎn)底座；雙軸驅(qū)動馬達(dá)帶動成像組件(2)沿豎直方向旋轉(zhuǎn)，水平旋轉(zhuǎn)底座帶動成像組件(2)沿水平方向旋轉(zhuǎn)，每組成像組件(2)包括位于鏡筒外側(cè)的第一固定鏡片組件(21)、以第一固定鏡片組件(21)為起始端在鏡筒內(nèi)依次設(shè)置的變倍鏡片(22)、補償鏡片(23)、第二固定鏡片(24)及感光元件(25),所述第一固定鏡片組件(21)具體包括可見光濾光片(211)、濾光輪(212)及近紅外濾光片(213),濾光輪(212)用于對可見光濾光片(211)及近紅外濾光片(213)進(jìn)行切換，所述可見光濾光片(211)及近紅外濾光片(213)用于接收不同類型的入射光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的露天礦邊坡三維紋理成像裝置，其特征在于，所述變倍鏡片(22)和補償鏡片(23)之間還設(shè)置有可變光柵(26)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的露天礦邊坡三維紋理成像裝置，其特征在于，每組所述成像組件(2)還包括變倍電機(27)、導(dǎo)向桿(28)、與導(dǎo)向桿(28)平行設(shè)置的光桿(29),所述導(dǎo)向桿(28)一端與變倍電機(27)的輸出軸傳動連接，另一端與鏡筒一側(cè)轉(zhuǎn)動連接，所述光桿(29)固定設(shè)置于鏡筒內(nèi)部，所述變倍鏡片(22)及補償鏡片(23)與所述導(dǎo)向桿(28)螺紋連接，所述變倍鏡片(22)及補償鏡片(23)均通過一個限位板(210)與所述光桿(29)滑動連接，限位板(210)與所述變倍鏡片(22)及補償鏡片(23)固定連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的露天礦邊坡三維紋理成像裝置，其特征在于，所述成像組件(2)的鏡筒內(nèi)還設(shè)置有切換電機，所述切換電機與濾光輪(212)傳動連接。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的露天礦邊坡三維紋理成像裝置，其特征在于，還包括處理終端，所述旋轉(zhuǎn)機架(1)、切換電機和變倍電機(27)均與處理終端電連接。6.一種基于權(quán)利要求1-5任一項所述的露天礦邊坡三維紋理成像裝置的邊坡三維紋理對兩臺所述露天礦邊坡三維紋理成像裝置進(jìn)行初始化，定義待采集圖像的航向重疊率和旁向重疊率，將邊坡監(jiān)測范圍輸入至處理終端；切換可見光濾光片(211),將成像組件(2)光軸方向?qū)?zhǔn)邊坡監(jiān)測范圍，進(jìn)行推掃式掃根據(jù)航向重疊率、旁向重疊率及成像組件(2)的成像焦距和畫幅計算初始位姿與目標(biāo)位置的步進(jìn)角度，根據(jù)步進(jìn)角度調(diào)整成像組件(2)的位置，并獲取成像組件(2)位于不同姿態(tài)的露天礦邊坡的可見光圖像；切換近紅外濾光片(213),獲取與可見光圖像處于同一姿態(tài)的露天礦邊坡的近紅外圖將所述可見光圖像和近紅外圖像傳輸至處理終端，對可見光圖像和近紅外圖像的紋理進(jìn)行增強，再對增強后的圖像進(jìn)行融合，得到露天礦邊坡的三維紋理重疊圖像，對三維紋理重疊圖像進(jìn)行建模，得到露天礦邊坡的三維紋理模型。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的邊坡三維紋理獲取方法，其特征在于，對三維紋理重疊圖像進(jìn)使用SIFT特征提取算法提取三維紋理重疊圖像的特征點，并進(jìn)行特征匹配；對于匹配到的特征點通過空中三角測量恢復(fù)和計算同名像點的物方空間坐標(biāo)，并構(gòu)建3初始稀疏點云；基于構(gòu)建的初始稀疏點云，利用多視圖聚簇CMVS法對圖像進(jìn)行聚簇分析，并采用三維將稠密三維點云與邊坡紋理進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對邊坡三維紋理模型進(jìn)行重構(gòu)和渲染，得到邊坡三維紋理模型。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的邊坡三維紋理獲取方法，其特征在于，采用單幅圖像去霧算法和子塊部分重疊局域均衡化算法對可見光圖像和近紅外圖像的紋理進(jìn)行增強。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的邊坡三維紋理獲取方法，其特征在于，采用高通濾波算法對增強后的圖像進(jìn)行融合。4露天礦邊坡三維紋理成像裝置及邊坡三維紋理獲取方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于露天礦邊坡變形監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種露天礦邊坡三維紋理成像裝置及邊坡三維紋理獲取方法。背景技術(shù)[0002]露天礦山開采在資源開采中占有重要的地位。我國80%的鐵礦石、50%的有色金屬礦石、70%的化工原料礦石、100%的建筑材料及25%的煤炭等均來自露天礦山開采。隨著露天礦產(chǎn)資源的開采，高陡邊坡數(shù)量逐漸增加，致使露天礦安全事故的發(fā)生，嚴(yán)重威脅邊坡上部及下部采礦作業(yè)的安全，并造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。邊坡三維紋理模型構(gòu)建對了解邊坡的狀態(tài)、評估邊坡的穩(wěn)定性、預(yù)測邊坡的變化及提高監(jiān)測效率具有極其重要的意義，為邊坡管理提供科學(xué)的決策支持。鑒于此，近些年來，國內(nèi)外學(xué)者致力于簡便且精確的邊坡三維紋理信息測量儀器獲取裝置的研發(fā)。[0003]目前，已有的邊坡三維紋理信息采集設(shè)備中，常用的硬件設(shè)備主要有以下三種：(1)利用數(shù)碼攝影設(shè)備獲取邊坡三維紋理信息的數(shù)碼相片，并通過圖像解譯技術(shù)來提取出結(jié)構(gòu)面三維空間方位信息；(2)利用三維激光掃描裝置快速、自動、實時獲取結(jié)構(gòu)面的三維數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建出結(jié)構(gòu)面的三維點云模型，再利用程序自動識別邊坡三維空間方位信息；然而，上述方法在獲取邊坡三維紋理模型時依然存在一定的不足與缺陷，大型露天礦采坑直徑通常大于2千米，造成影像采集模塊觀測路徑過長，在保證足夠分辨率的前提下，傳統(tǒng)光學(xué)相機監(jiān)測存在測距能力不足及視場小、無法覆蓋整體邊坡的問題，三維激光掃描儀器架設(shè)的難度較高，且受觀測角度、觀測距離等因素的制約，對于復(fù)雜地形容易產(chǎn)生掃描死角，往往難以利用該技術(shù)全面提取邊坡三維紋理信息；同時，露天礦特有的高粉塵環(huán)境，也極大地增加了光學(xué)傳感器與三維激光掃描儀獲取邊坡紋理清晰圖像的難度。[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)在高粉塵環(huán)境下無法全面準(zhǔn)確地獲取大型露天礦的邊坡三維紋理，從而導(dǎo)致后續(xù)的滑坡預(yù)警分析出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。發(fā)明內(nèi)容[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)在高粉塵環(huán)境下無法全面準(zhǔn)確的獲取大型露天礦的邊坡三維紋理的不足，本發(fā)明提供了一種露天礦邊坡三維紋理成像裝置，包括平行設(shè)置的兩臺旋轉(zhuǎn)機架及分別架設(shè)于兩臺旋轉(zhuǎn)機架上的成像組件，所述旋轉(zhuǎn)機架包括雙軸驅(qū)動馬達(dá)和水平旋轉(zhuǎn)底座；雙軸驅(qū)動馬達(dá)帶動成像組件沿豎直方向旋轉(zhuǎn)，水平旋轉(zhuǎn)底座帶動成像組件沿水平方向旋轉(zhuǎn)，每組成像組件包括位于鏡筒外側(cè)的第一固定鏡片組件、以第一固定鏡片組件為起始端在鏡筒內(nèi)依次設(shè)置的變倍鏡片、補償鏡片、第二固定鏡片及感光元件，所述第一固定鏡片組件具體包括可見光濾光片、濾光輪及近紅外濾光片，濾光輪用于對可見光濾光片及近紅外濾光片進(jìn)行切換，所述可見光濾光片及近紅外濾光片用于接收不同類型的入射光。[0006]優(yōu)選的，所述變倍鏡片和補償鏡片之間還設(shè)置有可變光柵。[0007]優(yōu)選的，每組所述成像組件還包括變倍電機、導(dǎo)向桿、與導(dǎo)向桿平行設(shè)置的光桿，5所述導(dǎo)向桿一端與變倍電機的輸出軸傳動連接，另一端與鏡筒一側(cè)轉(zhuǎn)動連接，所述光桿固定設(shè)置于鏡筒內(nèi)部，所述變倍鏡片及補償鏡片與所述導(dǎo)向桿螺紋連接，所述變倍鏡片及補償鏡片均通過一個限位板與所述光桿滑動連接，限位板與所述變倍鏡片及補償鏡片固定連[0008]優(yōu)選的，所述成像組件的鏡筒內(nèi)還設(shè)置有切換電機，所述切換電機與濾光輪傳動連接。[0009]優(yōu)選的，還包括處理終端，所述旋轉(zhuǎn)機架、切換電機和變倍電機均與處理終端電連[0010]本發(fā)明還提供有一種基于所述露天礦邊坡三維紋理成像裝置的邊坡三維紋理獲取方法，包括如下步驟：對兩臺所述露天礦邊坡三維紋理成像裝置進(jìn)行初始化，定義待采集圖像的航向重疊率和旁向重疊率，將邊坡監(jiān)測范圍輸入至處理終端；切換可見光濾光片，將成像組件光軸方向?qū)?zhǔn)邊坡監(jiān)測范圍，進(jìn)行推掃式掃描，得到成像組件的初始位姿；根據(jù)航向重疊率、旁向重疊率及成像組件的成像焦距和畫幅計算初始位姿與目標(biāo)位置的步進(jìn)角度，根據(jù)步進(jìn)角度調(diào)整成像組件的位置，并獲取成像組件位于不同姿態(tài)的露天礦邊坡的可見光圖像；切換近紅外濾光片，獲取與可見光圖像處于同一姿態(tài)的露天礦邊坡的近紅外圖將所述可見光圖像和近紅外圖像傳輸至處理終端，對可見光圖像和近紅外圖像的紋理進(jìn)行增強，再對增強后的圖像進(jìn)行融合，得到露天礦邊坡的三維紋理重疊圖像，對三維紋理重疊圖像進(jìn)行建模，得到露天礦邊坡的三維紋理模型。[0011]優(yōu)選的，對三維紋理重疊圖像進(jìn)行建模，包括如下步驟：使用SIFT特征提取算法提取三維紋理重疊圖像的特征點，并進(jìn)行特征匹配；對于匹配到的特征點通過空中三角測量恢復(fù)和計算同名像點的物方空間坐標(biāo)，并構(gòu)建初始稀疏點云；基于構(gòu)建的初始稀疏點云，利用多視圖聚簇CMVS法對圖像進(jìn)行聚簇分析，并采用三維重建算法PMVS進(jìn)行匹配、擴(kuò)展和過濾，生成稠密三維點云；將稠密三維點云與邊坡紋理進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對邊坡三維紋理模型進(jìn)行重構(gòu)和渲染，得到邊坡三維紋理模型。[0012]優(yōu)選的，采用單幅圖像去霧算法和子塊部分重疊局域均衡化算法對可見光圖像和近紅外圖像的紋理進(jìn)行增強。[0013]優(yōu)選的，采用高通濾波算法對增強后的圖像進(jìn)行融合。[0014]本發(fā)明提供的露天礦邊坡三維紋理成像裝置及三維紋理獲取方法具有以下有益效果：本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)機架能夠調(diào)整成像組件沿水平方向或豎直方向旋轉(zhuǎn)，從而能夠精準(zhǔn)控制鏡筒光軸的四個方向，并以旋轉(zhuǎn)推掃方式獲取覆蓋全邊坡的高重疊度增強圖像；通過設(shè)置可見光濾光片及近紅外濾光片，并通過濾光輪對可見光濾光片及近紅外濾光片進(jìn)行切換，能夠獲取與可見光圖像同一光軸方向、完全重合的邊坡近紅外圖像，獲取的邊坡近紅6外圖像具有更強穿透粉塵能力的近紅外波段；通過對可見光圖像和邊坡近紅外圖像進(jìn)行增強融合，能夠準(zhǔn)確得到高粉塵環(huán)境下的露天礦邊坡的三維紋理重疊圖像。附圖說明[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例及其設(shè)計方案，下面將對本實施例所需的附圖做簡單地介紹。下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的部分實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0016]圖1為本發(fā)明實施例的露天礦邊坡三維紋理成像裝置的一臺旋轉(zhuǎn)機架及設(shè)置于該旋轉(zhuǎn)機架上的成像組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為成像組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為第一固定鏡片組件的爆炸圖；圖4為成像原理圖；圖5為邊坡三維紋理獲取方法的流程圖；圖6為增強融合流程圖；圖7為三維紋理重疊圖像建模流程圖。具體實施方式[0018]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案并能予以實施，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。了便于描述本發(fā)明的技術(shù)方案和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。作廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體式連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明的描本發(fā)明提供了一種露天礦邊坡三維紋理成像裝置，具體如圖1-圖4所示，包括兩臺旋轉(zhuǎn)機架1及分別架設(shè)于兩臺旋轉(zhuǎn)機架1上的成像組件2,旋轉(zhuǎn)機架1包括雙軸驅(qū)動馬達(dá)和水平旋轉(zhuǎn)底座；雙軸驅(qū)動馬達(dá)帶動成像組件2沿豎直方向旋轉(zhuǎn)，水平旋轉(zhuǎn)底座帶動成像組件27沿水平方向旋轉(zhuǎn)，兩臺旋轉(zhuǎn)機架1平行固定設(shè)置在同一平臺上，使用前需進(jìn)行外參標(biāo)定。如圖2所示，每組成像組件2包括位于鏡筒外側(cè)的第一固定鏡片組件21、以第一固定鏡片組件21為起始端在鏡筒內(nèi)依次設(shè)置的變倍鏡片22、補償鏡片23、第二固定鏡片24及感光元件25,如圖3所示，第一固定鏡片組件21具體包括可見光濾光片211、濾光輪212及近紅外濾光片213,濾光輪212用于對可見光濾光片211及近紅外濾光片213進(jìn)行切換，可見光濾光片211及近紅外濾光片213用于接收不同類型的入射光。通過設(shè)置第一固定鏡片組件21、變倍鏡片22、補償鏡片23、第二固定鏡片24及感光元件25(見圖4),能夠減小光學(xué)畸變和色差，提高成像質(zhì)量。每組成像組件2還包括變倍電機27、導(dǎo)向桿28、與導(dǎo)向桿28平行設(shè)置的光桿29,導(dǎo)向桿28一端與變倍電機27的輸出軸傳動連接，另一端與鏡筒一側(cè)轉(zhuǎn)動連接，光桿29固定設(shè)置于鏡筒內(nèi)部，變倍鏡片22及補償鏡片23與導(dǎo)向桿28螺紋連接，變倍鏡片22及補償鏡片23均通過一個限位板210與光桿29滑動連接，限位板210與變倍鏡片22及補償鏡片23固定連接。成像組件2的鏡筒內(nèi)還設(shè)置有切換電機，切換電機與濾光輪212傳動連接。露天礦高粉塵環(huán)境下一般的可見光無法穿透云霧和煙塵，但近紅外線可以穿透一定濃度的霧靄煙塵。光學(xué)透霧技術(shù)的關(guān)鍵主要在濾光片，利用可見光濾光片211分別對紅色、綠色、藍(lán)色光線進(jìn)行濾光，使得圖像具有鮮明的色彩；近紅外濾光片213則僅保留對高粉塵環(huán)境具有更強穿透性的近紅外光線。其中，濾光輪212的切換設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)獲取紋理豐富的普通可見光圖像和具有更強穿透粉塵能力的近紅外圖像。還包括處理終端，旋轉(zhuǎn)機架1、切換電機和變倍電機27均與處理終端電連接。[0022]鏡筒的成像焦距為18-200mm,感光元件25像元大小為4-4.4μm,最小目標(biāo)分辨率不低于5cm,在透霧觀測能力的支持下，可實現(xiàn)約為2-3km的1.5倍超能見距離的超長視距觀測能力。第一固定鏡片組件21起到固定和對準(zhǔn)鏡片的作用，防止鏡片組在拍攝過程中產(chǎn)生振動，保證光線穩(wěn)定進(jìn)入鏡片組，從而提高觀測的精度和可靠性；變倍鏡片22和補償鏡片23起到調(diào)整焦距和圖像大小的作用，通過增加鏡筒的長度和鏡片組的透鏡數(shù)量，實現(xiàn)更高的放大倍率和分辨率；第二固定鏡片24起到固定和對準(zhǔn)感光元件25的作用，防止鏡片組在拍攝過程中產(chǎn)生振動，保證光線穩(wěn)定進(jìn)入感光元件25。通過第一固定鏡片組件21、變倍鏡片22、補償鏡片23和第二固定鏡片24能夠?qū)崿F(xiàn)高變倍比和高分辨率。此外，在本實施例中，變倍鏡片22和補償鏡片23之間還設(shè)置有一種可編程控制的可變光柵26(見圖4),在使用過程中，可以根據(jù)用戶需求編程控制改變可變光柵26常數(shù)和相移變量，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)光類型變化，將不同類型的可變光柵26轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖形信息。[0023]在本實施例中，旋轉(zhuǎn)機架1由雙軸驅(qū)動馬達(dá)和水平旋轉(zhuǎn)底座構(gòu)成，可以通過處理終端設(shè)定精準(zhǔn)控制鏡筒光軸的四個方向，以旋轉(zhuǎn)推掃方式獲取覆蓋全邊坡的高重疊度圖像，旋轉(zhuǎn)推掃方式即旋轉(zhuǎn)+推掃，旋轉(zhuǎn)指四向旋轉(zhuǎn)電控支架控制光學(xué)鏡筒四個方向高精度移動，推掃方式指采用廣角光學(xué)系統(tǒng)，在整個視場內(nèi)成像，即沿掃描線逐點掃描成像。由于邊坡臨空面面積較大，成像裝置需滿足高重疊度圖像下的自適應(yīng)移動，處理終端根據(jù)航向重疊率m、旁向重疊率n、超長視距鏡筒成像焦距、畫幅，采用非重疊距離公式()實時計算與目標(biāo)位置相差的步進(jìn)角度，通過切換電機、變倍電機27及驅(qū)動馬達(dá)控制鏡筒光軸四個方向?qū)崿F(xiàn)雙目成像裝置視場的高精度移動，驅(qū)動電機行進(jìn)到目標(biāo)位置，并記錄當(dāng)前圖像的位置。8[0024]本發(fā)明還提供有一種基于露天礦邊坡三維紋理成像裝置的邊坡三維紋理獲取方輸入至處理終端，W1、W2分別代表兩臺成像組件2水平旋轉(zhuǎn)與垂直旋2稱為左相機和右相機，W1為左相機水平旋轉(zhuǎn)與垂直旋轉(zhuǎn)四個方向的最大閾值；W2為右最小值為0,向下偏轉(zhuǎn)增大。方向?qū)?zhǔn)邊坡監(jiān)測范圍左上角，濾光輪212切換可見光濾光片211,根據(jù)基于圖像處理的自拍攝第i張影像時左相機向右旋轉(zhuǎn)的角度，最小值為0;θu?i為拍攝第i張