專利名稱：巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)用于巖石邊坡或公路路面、堤壩表面等巖石工程中節(jié)理裂隙的圖像獲取、圖像處理、機(jī)器視覺(jué)、安全預(yù)防和預(yù)警等技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)中采用激光三角法及光學(xué)特性機(jī)械原理，根據(jù)巖石工程的特點(diǎn)及巖石節(jié)理裂隙的特性，來(lái)方便和準(zhǔn)確地獲取巖體表面的節(jié)理裂隙的三維圖像。
背景技術(shù)：
地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)的日益惡化是人類面臨的重大危害，而滑坡是僅次于地震危害的第二大地質(zhì)災(zāi)害。在滑坡和危險(xiǎn)邊坡的穩(wěn)定性研究和預(yù)防監(jiān)測(cè)及治理方法的研究中，一個(gè)重要的問(wèn)題是，要弄清滑坡和危險(xiǎn)邊坡變形破壞過(guò)程及演化機(jī)制。譬如，順向坡為在山坡地中經(jīng)常出現(xiàn)的一種斜坡，其地層層面、巖石節(jié)理或斷層面傾斜方向與地形斜坡的傾斜方向 同向。在順向坡內(nèi)沿著地層層面或與斜坡傾斜同向之不連續(xù)面的節(jié)理面或斷層面上，極易產(chǎn)生滑動(dòng)移位。研究人員通常根據(jù)巖石的不同裂隙化程度來(lái)預(yù)測(cè)邊坡巖體的變形特性。在巖石工程中，節(jié)理裂隙特征是一項(xiàng)非常重要的巖石物理性質(zhì)，它包括方位、形態(tài)、規(guī)模、間距、裂隙寬度、粗糙度、壁面強(qiáng)度等。從裸露的巖石表面的裂隙節(jié)理可以推斷出巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如巖石內(nèi)部的斷層節(jié)理。從而對(duì)巖石的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及水力學(xué)性質(zhì)等研究提供第一手的資料。另一種方法是對(duì)地下巖體鉆孔取得巖芯，通過(guò)巖芯的切片圖像的分析獲取巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的獲取巖石節(jié)理裂隙數(shù)據(jù)的方法是人工實(shí)地測(cè)量，通常是用手持儀器如曲線板等。需要工作人員攀上裸露的巖體上進(jìn)行測(cè)量。但很大一部分巖體的表面是人們不能到達(dá)的。人工實(shí)地測(cè)量是一種耗時(shí)而又危險(xiǎn)的工作，同時(shí)測(cè)量精度并不高。并且由于沒(méi)有將巖石表面細(xì)節(jié)詳細(xì)記錄在案，影響進(jìn)一步的力學(xué)分析。獲得精確有效的巖石裂隙節(jié)理的幾何信息，對(duì)于巖石工程項(xiàng)目的成敗，山體災(zāi)害的精確預(yù)測(cè)起著至關(guān)重要的作用。為了避免人工實(shí)地測(cè)量的弊端，可以用圖像分析法來(lái)代替實(shí)地測(cè)量將巖石裸露面用高清晰數(shù)碼相機(jī)拍攝下來(lái)，然后用圖像分析技術(shù)對(duì)此數(shù)字化圖像進(jìn)行自動(dòng)分析處理，從而獲得巖石表面裂隙節(jié)理信息。與人工實(shí)地測(cè)量相比，圖像分析法有其無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。首先是其安全性，它不需要技術(shù)人員直接攀上巖體作測(cè)量；其二，速度快，可以快速處理大量數(shù)據(jù)，從而形成有效的巖石裂隙節(jié)理樣本集合；其三，可以得到比人工測(cè)量更精確的結(jié)果，得到人工測(cè)量不能獲得的信息；其四，可以同時(shí)采集多個(gè)樣本的多個(gè)參數(shù)，進(jìn)行并發(fā)式測(cè)量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多研究人員對(duì)巖石節(jié)理裂隙的圖像處理分析方法進(jìn)行了研究。但都是基于二維圖像的處理分析，而實(shí)際應(yīng)用往往是三維體。在實(shí)際應(yīng)用中，三維節(jié)理裂隙的三維圖像的獲取一直是這方面研究的主要瓶頸和第一個(gè)難點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述人工實(shí)地測(cè)量巖體節(jié)理裂隙的缺點(diǎn)及三維圖像獲取的困難的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在，提出一種設(shè)計(jì)合理、效率高、自動(dòng)化程度高、測(cè)量數(shù)據(jù)精確、實(shí)用方便，且測(cè)量圖像可視化的巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，該裝置用激光三角法原理得到巖體節(jié)理裂隙的三維真實(shí)數(shù)據(jù)，并且恢復(fù)出巖石表面的三維圖像。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，包括手推車(chē)，其特征在于，在手推車(chē)上安裝有橫軌運(yùn)動(dòng)的左滑軌和右滑軌，橫軌兩端分別裝有左滑塊和右滑塊，左滑塊和右滑塊分別位于左滑軌和右滑軌中；右滑塊上固定有旋轉(zhuǎn)編碼器，在手推車(chē)的面板上，安裝有計(jì)算機(jī)和電動(dòng)機(jī)；在橫軌上固定有由激光器，發(fā)射透鏡，C⑶相機(jī)和相機(jī)接收透鏡組成的激光三角測(cè)量裝置；其中，電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、CCD相機(jī)和激光器通過(guò)專用連接線與計(jì)算機(jī)相連。本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)是所述的激光三角測(cè)量裝置封裝成一個(gè)整體；激光三角測(cè)量裝置可以在橫軌下方，也可以在橫軌的上方，所述的橫軌用絲杠替代。本實(shí)用新型的巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，用旋轉(zhuǎn)編碼器控制相機(jī)的拍攝頻率，由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)圖片，處理數(shù)據(jù)以及最終三維結(jié)果展示?？梢允箿y(cè)量隨著拖車(chē)運(yùn)動(dòng)的方向進(jìn)行測(cè)量，旋轉(zhuǎn)編碼器將滑塊移動(dòng)的信息轉(zhuǎn)換成脈沖形式的電信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制CCD相機(jī)拍攝的頻率，以保證圖片信息不丟幀，且能夠避免圖片重復(fù)拍攝。將獲取到的巖體的圖像信息在計(jì)算機(jī)中按照程序進(jìn)行處理計(jì)算，得出巖體的節(jié)理裂隙的深度數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)恢復(fù)出巖體節(jié)理裂隙的三維圖像。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、自動(dòng)控制程度高、測(cè)量結(jié)果精度高、實(shí)用輕巧方便、可獲得巖體的節(jié)理裂隙的三維圖像。

圖I是本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是激光三角法測(cè)量原理圖；圖中的標(biāo)記分別表示I、手推車(chē)，2、計(jì)算機(jī)，3、電動(dòng)機(jī)，4、左滑塊，5、橫軌，6、左滑軌，7、右滑軌，8、激光三角測(cè)量裝置(其中9、激光器，10、發(fā)射透鏡，11、CXD相機(jī)，12、相機(jī)接收透鏡)；13、右滑塊，14、旋轉(zhuǎn)編碼器。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例給出一種巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，包括手推車(chē)1，手推車(chē)I上安裝有橫軌5運(yùn)動(dòng)的左滑軌6和右滑軌7，橫軌5兩端分別裝有左滑塊4和右滑塊13，左滑塊4和右滑塊13分別位于左滑軌6和右滑軌7中；右滑塊13上固定有旋轉(zhuǎn)編碼器14，在手推車(chē)I的面板上，安裝有計(jì)算機(jī)2和電動(dòng)機(jī)3 ;在橫軌5上固定有由激光器9，發(fā)射透鏡10，CCD相機(jī)11和相機(jī)接收透鏡12組成的激光三角測(cè)量裝置8 ;其中，電動(dòng)機(jī)3、旋轉(zhuǎn)編碼器14、CXD相機(jī)11和激光器9通過(guò)專用連接線與計(jì)算機(jī)2相連。制作時(shí)，先將激光器9，發(fā)射透鏡10，CXD相機(jī)11和相機(jī)接收透鏡12組成激光三角測(cè)量裝置8，并將激光三角測(cè)量裝置8制成一體。然后將電動(dòng)機(jī)3和計(jì)算機(jī)2固定裝置在手推車(chē)I上，在手推車(chē)I的左右兩側(cè)上方用螺紋固定連接橫軌5，橫軌5的左右兩側(cè)分別用螺紋緊固連接件固定連接左滑塊4和右滑塊13，右滑塊13上固定安裝旋轉(zhuǎn)編碼器14，左滑塊4和右滑塊13分別置于左滑軌6和右滑軌7中，電動(dòng)機(jī)3、旋轉(zhuǎn)編碼器14、(XD相機(jī)11和激光器9通過(guò)專用連接線與進(jìn)行圖像采集、數(shù)據(jù)處理以及三維顯示的計(jì)算機(jī)2相連，激光三角裝置8固定于橫軌5上，當(dāng)電動(dòng)機(jī)3開(kāi)啟后，帶有滑塊的橫軌5開(kāi)始橫向移動(dòng)，右滑塊13運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器14轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)編碼器14將滑塊橫向運(yùn)動(dòng)的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)2，計(jì)算機(jī)2通過(guò)軟件控制向CCD相機(jī)11發(fā)出脈沖觸發(fā)，CCD相機(jī)11拍攝獲取圖像，并傳送到計(jì)算機(jī)2中進(jìn)行進(jìn)一步的處理，激光器9必須垂直照射巖體表面，且與CXD相機(jī)11成一定的角度，激光器9用于向巖體表面發(fā)射激光,CCD相機(jī)11將接收到被測(cè)巖體的垂直距離，由于巖體表面節(jié)理裂隙不同，所以C⑶相機(jī)11獲取的圖像像素坐標(biāo)會(huì)有變化，根據(jù)坐標(biāo)的差距由計(jì)算公式得出巖體節(jié)理裂隙的數(shù)據(jù)并恢復(fù)出巖體表面的三維形貌。其測(cè)量原理如圖2所示
X 1通過(guò)光學(xué)原理及公式推導(dǎo)可得最終計(jì)算公式為X =，由于C⑶相機(jī)是斜置
的，當(dāng)被測(cè)物體表面在垂直方向上發(fā)生位移變化(X)時(shí)，顯示到CCD相機(jī)中為被測(cè)物體像元位移的變化(即X’)，最終通過(guò)公式計(jì)算可由像元位移(X’ )得到物體的真實(shí)位移變化X。
權(quán)利要求1.一種巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，包括手推車(chē)(I)，其特征在于，在手推車(chē)(I)上安裝有橫軌(5)運(yùn)動(dòng)的左滑軌(6)和右滑軌(7)，橫軌(5)兩端分別裝有左滑塊(4)和右滑塊(13)，左滑塊(4)和右滑塊(13)分別位于左滑軌(6)和右滑軌(7)中；右滑塊(13)上固定有旋轉(zhuǎn)編碼器(14)，在手推車(chē)⑴的面板上，安裝有計(jì)算機(jī)(2)和電動(dòng)機(jī)(3);在橫軌(5)上固定有由激光器(9)，發(fā)射透鏡(10)，CCD相機(jī)(11)和相機(jī)接收透鏡(12)組成的激光三角測(cè)量裝置⑶；其中，電動(dòng)機(jī)⑶、旋轉(zhuǎn)編碼器(14)、CCD相機(jī)(11)和激光器(9)通過(guò)專用連接線與計(jì)算機(jī)(2)相連。
2.如權(quán)利要求I所述的巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，其特征在于，所述的激光三角測(cè)量裝置封裝成一個(gè)整體。
3.如權(quán)利要求I所述的巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，其特征在于，所述的橫軌用絲杠替代。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種巖體節(jié)理裂隙三維圖像獲取裝置，包括手推車(chē)，手推車(chē)上安裝有橫軌運(yùn)動(dòng)的左滑軌和右滑軌，橫軌兩端分別裝有左滑塊和右滑塊，左滑塊和右滑塊分別位于左滑軌和右滑軌中；右滑塊上固定有旋轉(zhuǎn)編碼器，在手推車(chē)的面板上，安裝有計(jì)算機(jī)和電動(dòng)機(jī)；在橫軌上固定有由激光器，發(fā)射透鏡，CCD相機(jī)和相機(jī)接收透鏡組成的激光三角測(cè)量裝置；其中，電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、CCD相機(jī)和激光器通過(guò)專用連接線與計(jì)算機(jī)相連。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、自動(dòng)控制程度高、測(cè)量結(jié)果精度高、實(shí)用輕巧方便、可獲得巖體的節(jié)理裂隙的三維圖像。從而解決了目前國(guó)內(nèi)外獲取三維巖石節(jié)理裂隙難的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01B11/24GK202533377SQ20122013801
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者馮興樂(lè), 孫瑞寧, 徐花艷, 李偉, 王衛(wèi)星 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)