基于双目立体视觉的典型堆积体体积测量方法

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21世纪以来,随着工业化的不断推进,世界人口的持续增长,人类对资源的需求不断加大,这就导致了环境的不断恶化,地质灾害不断发生,滑坡也成为了发生频率最高的地质灾害。就地质灾害的危害性而言,滑坡具有分布范围广、发生次数多、财产损失大、难以预测等特点,它所带来的灾难性后果仅比地震低。  在我国,由于国土面积大,地质环境十分复杂,特别是有70%的地区是山区,这就给滑坡的发生提供了条件,造成滑坡密度大,类型齐全,爆发频繁,规模巨大,危害非常严重。滑坡不仅使人民的生命财产安全时刻受到威胁,而且毁坏自然环境和影响社会经济发展,给国家和人民带来了巨大的损失。但是面对由于滑坡等地质灾害而产生的体积庞大的堆积体,现有的体积测量方法和系统存在诸多的弊端和不足,如:有些方法和系统只能满足小范围的堆积体测量需要,如果有大范围的堆积体,地形测绘的花费将会相当昂贵,不具有广泛性;有些方法和系统需要采集大量数据信息,建立几何模型也耗费很多时间,不具有实时性等。基于此,本文设计一种基于双目立体视觉的典型堆积体体积测量方法,具有普遍性、准确性、快速性的特点,能够对典型堆积体进行有效测量,以改善目前测量方法和系统的不足,能对灾害评估提供帮助,并对今后的灾后重建提供参考。  该方法采用计算机技术、图像采集处理技术、数据存储技术、双目立体视觉技术选择典型堆积体,使用双目摄像机采用非接触的方法,即可进行快速、有效地测量堆积体,获取其三维图像信息。基于双目立体视觉的典型堆积体体积测量方法主要由二个部分组成:硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括双目摄像机(2个CCD相机)和计算机。软件部分包括vs2012、OpenCV、OpenGL、Matlab等。文中主要研究内容如下:  (1)相机标定和图像预处理研究  对相机标定和图像预处理进行研究,重点是对基于张正友标定算法及其改良算法,和图像的各种预处理方法进行研究。主要是借助vs2012和OpenCV软件通过在适合的光照环境下完成摄像机的系统标定,获得摄像机的相关内外参数。并对采集到的图像进行滤波、灰度化、二值化、直方图均值化等预处理,抑制噪声,提高图像的清晰度。  (2)立体匹配研究  研究立体匹配的各种算法,重点是对预处理后的两幅图像进行基于Harris角点检测方法完成特征点的提取,和通过灰度邻域进行特征匹配的研究。主要是借助vs2012和OpenCV软件,完成基于Harris角点检测方法的立体匹配。  (3)三维重建与体积计算研究  研究三维重建的各种算法,并进行堆积体的体积计算。主要是借助OpenGL和Matlab软件,对堆积体进行三维重建,利用基于角点的体积计算方法来实现堆积体的体积计算。最后,对计算出的体积进行误差校正的研究。  本文设计开发的“基于双目立体视觉的典型堆积体体积测量方法”不仅可以为准确快速地测量堆积体的体积提供了一种全新的思路,并且本硬件系统易携带、使用方便的特点,适合地震的震中地区和滑坡高发区等地质条件恶劣的地区,对于防灾减灾和灾后重建等都具有很大的现实意义。同时,本方法也提高了检测的精度和速度,保障了工作人员的生命安全,具有较强的研究价值和市场价值。
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