阅读说明：本技术 一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法 (Device and method for shooting cracks on tunnel wall surface based on dome camera ) 是由 丁宥安 孙晨 崔何亮 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法,包括球型摄像机与平面镜装置,通过数学计算,得到镜面与摄像机的旋转角度；平面镜安装在裂缝区域附近,调整平面镜角度后,待球型摄像机视线与裂缝虚像平面垂直,拍摄镜面中的裂缝成像,在拍摄过程中调整相机焦距,尽可能覆盖隧道墙面上裂缝信息,获取裂缝图片；利用平面镜装置的球型摄像机拍摄方法,可以避开大量无关背景对隧道墙面裂缝成像的干扰,大大提高隧道墙面裂缝图片的清晰度。同时,在保证每次拍摄时所获取的照片呈正视图的前提下,本发明可以极大的减少后期隧道墙面裂缝分析相关工作的繁杂性,并且提高隧道墙面裂缝数据分析的精确性。(The invention relates to a device and a method for shooting a tunnel wall crack based on a spherical camera, wherein the device comprises the spherical camera and a plane mirror device, and the rotation angle between a mirror surface and the camera is obtained through mathematical calculation; the plane mirror is arranged near the crack area, after the angle of the plane mirror is adjusted, when the sight line of the spherical camera is perpendicular to the crack virtual image plane, the crack in the mirror surface is shot for imaging, the focal length of the camera is adjusted in the shooting process, the crack information on the tunnel wall surface is covered as much as possible, and a crack picture is obtained; by using the shooting method of the spherical camera of the plane mirror device, the interference of a large number of irrelevant backgrounds to the tunnel wall crack imaging can be avoided, and the definition of the tunnel wall crack image is greatly improved. Meanwhile, on the premise of ensuring that the picture acquired in each shooting is in a front view, the method can greatly reduce the complexity of related work of later tunnel wall crack analysis and improve the accuracy of tunnel wall crack data analysis.)

一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，属于土木工程结构健康监测领域，尤其属于裂缝监测

技术领域

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背景技术

裂缝是土木工程中最常见且成因较为复杂的缺陷，裂缝的出现对建筑物本身会产生安全与使用上的影响，随着外部有害成分的侵入，会使得裂缝持续扩大与劣化，极有可能造成工程事故。当下，国内现有的隧道由于使用年限较长，因各部位的老化变形、裂缝渗漏等问题而造成危害的事故屡见不鲜，因此对其监测显得极为必要。

目前，对于隧道内的裂缝大多采用计算机视觉进行分析监测，即在裂缝旁安装标识，球型摄像机拍摄照片，通过云端传输到计算机进行图像处理分析的方式来实现裂缝的实时监测。此方式对于采集的照片质量与成像角度要求较高。在实际工程中，球形摄像机在拍摄以裂缝为主要背景的情况下，所获取的照片大多会出现模糊不清的问题，导致照片精度不高，不利于后续分析工作的开展；同时，由于裂缝所在位置平面与摄像机视线不垂直，所获取的照片会呈现斜拍角度，导致后期图像分析时获得裂缝的数据误差较大。

因此，在保证危险性小、安全性高的情况下，要实现对隧道等复杂工程中所出现裂缝的高质量拍摄，需要一种基于球形摄像机拍摄裂缝的装置与方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法。

球型摄像机对隧道内的裂缝进行拍摄的装置，包括一面平面镜与旋转支架，为了保证镜面安全，设计时已经注意了镜面与墙壁的安全距离。利用物理学中平面镜成像原理，在使用过程中，通过旋转支架，镜面可以根据实际工程的需要进行角度调整，使得裂缝在镜面成像，从而保证球形摄像机能够拍摄到裂缝的正视图；镜面除了起到反射成像作用之外，可以改善成像质量，当摄像机直拍镜面时，避免了大面积无关背景的影响。

基于球形摄像机拍摄隧道墙面裂缝的方法，包括球形摄像机与相关辅助装置，即在拍摄准备期时，保证裂缝虚像与摄像机视线垂直条件下，通过数学计算得到镜面旋转角度，将平面镜准确安装在裂缝区域附近；通过裂缝在镜面的成像，使得摄像机视线与裂缝虚像垂直，然后进行拍摄裂缝工作。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，可以用于监测建筑物裂缝的发展情况。这种方法具有如下的优点：该方法利用在裂缝区域附近安置平面镜的方式，可以使得裂缝在镜面成像，实现球型摄像机抓取裂缝正视图，大大减少了后期图像分析工作的繁杂性，提高了实时裂缝数据的精确性。

该方法实现便捷、成本较低，只需要将平面镜安装在裂缝所在平面即可实现；在保证抓取正视图的同时，由于镜面框架的限制性，避开了大量无关背景对于图像质量的影响，能够准确提取裂缝附近的核心区域，为后续工作的开展具有重大意义。该方法的应用很广泛，不仅适用于进行隧道上的裂缝获取的专业拍摄，也适用于对各种立面上的对象进行细节性拍摄。

附图说明

图1是本发明装置的拍摄裂缝平面图；

图2是本发明装置的安装位置示意图；

图中：1-标识，2-旋转支架，3-平面镜，4-球型摄像机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，包括裂缝标识（1）、旋转支架（2）、平面镜（3）和球型摄像机（4），具体操作步骤如下：

步骤1：如图1所示，为了后期分析得到裂缝的实际数据，在裂缝两旁对称粘贴裂缝标识（1），作为像素换算的标尺：已知裂缝标识（1）的实际边长为x，对应在图片中的像素个数为n，那么对应一个像素的实际边长y=x/n，则像素标定的参考值为y；

步骤2：通过数学计算，得到平面镜（3）的安装角度和球型摄像机（4）的拍摄角度，利用旋转支架（2），进行镜面安装与摄像机调整工作；如图2所示，计算步骤如下：

已知裂缝与球型摄像机（4）的水平距离a、球型摄像机（4）距隧道内壁距离h，裂缝与旋转支架（2）的距离b，通过以下数学计算得到平面镜（2）的安装角度与球型摄像机（4）的拍摄角度，以此获得裂缝的正视照片：

根据，得到等式：，

等式化解得，可求解c：，

又因为：，

所以，可得球型摄像机（4）拍摄角度，

根据角度关系，可得平面镜（3）的安装角度，

以上数学计算获得平面镜（3）的安装角度与球型摄像机（4）的拍摄角度，方便进行现场安装；

步骤3：待安装调整工作结束后，调整摄像机拍摄焦距，尽可能覆盖墙面上有关裂缝信息，随后拍摄平面镜（3）成像平面，即可获取在镜面中裂缝的图片；

步骤4：利用图像处理技术分析图片中裂缝宽度方向上的像素个数n1，根据裂缝标识（1）做出的像素标定的每个像素对应的实际长度y可推断出裂缝宽度w=n1*y；

步骤5：利用图像处理技术分析图片中裂缝长度方向上的像素个数n2，根据裂缝标识（1）做出的像素标定的每个像素对应的实际长度y可推断出裂缝长度l=n2*y。

本发明通过物理学中平面镜成像原理，在裂缝区域附近安装平面镜，利用裂缝在镜面的反射，实现球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的正视图，获得合适的拍摄图片；通过平面镜的成像，避开无关背景对后期识别的影响，获得高质量的拍摄图片；本发明的拍摄方法与辅助装置，不仅适用于专业人员进行隧道内裂缝获取的专业拍摄，还适用于日常生活中进行娱乐拍照，对各种立面上的对象进行细节性拍摄。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。