专利名称：岩体节理裂隙三维图像获取装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学和机械系统用于岩石边坡或公路路面、堤坝表面等岩石工程中节理裂隙的图像获取、图像处理、机器视觉、安全预防和预警等技术领域，具体设计中采用激光三角法及光学特性机械原理，根据岩石工程的特点及岩石节理裂隙的特性，来方便和准确地获取岩体表面的节理裂隙的三维图像。
背景技术：
地质环境与生态的日益恶化是人类面临的重大危害，而滑坡是仅次于地震危害的第二大地质灾害。在滑坡和危险边坡的稳定性研究和预防监测及治理方法的研究中，一个重要的问题是，要弄清滑坡和危险边坡变形破坏过程及演化机制。譬如，顺向坡为在山坡地中经常出现的一种斜坡，其地层层面、岩石节理或断层面倾斜方向与地形斜坡的倾斜方向 同向。在顺向坡内沿着地层层面或与斜坡倾斜同向之不连续面的节理面或断层面上，极易产生滑动移位。研究人员通常根据岩石的不同裂隙化程度来预测边坡岩体的变形特性。在岩石工程中，节理裂隙特征是一项非常重要的岩石物理性质，它包括方位、形态、规模、间距、裂隙宽度、粗糙度、壁面强度等。从裸露的岩石表面的裂隙节理可以推断出岩石内部的结构特点如岩石内部的断层节理。从而对岩石的强度、稳定性以及水力学性质等研究提供第一手的资料。另一种方法是对地下岩体钻孔取得岩芯，通过岩芯的切片图像的分析获取岩体内部结构。传统的获取岩石节理裂隙数据的方法是人工实地测量，通常是用手持仪器如曲线板等。需要工作人员攀上裸露的岩体上进行测量。但很大一部分岩体的表面是人们不能到达的。人工实地测量是一种耗时而又危险的工作，同时测量精度并不高。并且由于没有将岩石表面细节详细记录在案，影响进一步的力学分析。获得精确有效的岩石裂隙节理的几何信息，对于岩石工程项目的成败，山体灾害的精确预测起着至关重要的作用。为了避免人工实地测量的弊端，可以用图像分析法来代替实地测量将岩石裸露面用高清晰数码相机拍摄下来，然后用图像分析技术对此数字化图像进行自动分析处理，从而获得岩石表面裂隙节理信息。与人工实地测量相比，图像分析法有其无可比拟的优点。首先是其安全性，它不需要技术人员直接攀上岩体作测量；其二，速度快，可以快速处理大量数据，从而形成有效的岩石裂隙节理样本集合；其三，可以得到比人工测量更精确的结果，得到人工测量不能获得的信息；其四，可以同时采集多个样本的多个参数，进行并发式测量。近年来，国内外众多研究人员对岩石节理裂隙的图像处理分析方法进行了研究。但都是基于二维图像的处理分析，而实际应用往往是三维体。在实际应用中，三维节理裂隙的三维图像的获取一直是这方面研究的主要瓶颈和第一个难点。
发明内容针对上述人工实地测量岩体节理裂隙的缺点及三维图像获取的困难的问题，本实用新型的目的在，提出一种设计合理、效率高、自动化程度高、测量数据精确、实用方便，且测量图像可视化的岩体节理裂隙三维图像获取装置，该装置用激光三角法原理得到岩体节理裂隙的三维真实数据，并且恢复出岩石表面的三维图像。为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案一种岩体节理裂隙三维图像获取装置，包括手推车，其特征在于，在手推车上安装有横轨运动的左滑轨和右滑轨，横轨两端分别装有左滑块和右滑块，左滑块和右滑块分别位于左滑轨和右滑轨中；右滑块上固定有旋转编码器，在手推车的面板上，安装有计算机和电动机；在横轨上固定有由激光器，发射透镜，C⑶相机和相机接收透镜组成的激光三角测量装置；其中，电动机、旋转编码器、CCD相机和激光器通过专用连接线与计算机相连。本实用新型的其他特点是所述的激光三角测量装置封装成一个整体；激光三角测量装置可以在横轨下方，也可以在横轨的上方，所述的横轨用丝杠替代。本实用新型的岩体节理裂隙三维图像获取装置，用旋转编码器控制相机的拍摄频率，由计算机存储图片，处理数据以及最终三维结果展示。可以使测量随着拖车运动的方向进行测量，旋转编码器将滑块移动的信息转换成脉冲形式的电信号传送给计算机，通过计算机控制CCD相机拍摄的频率，以保证图片信息不丢帧，且能够避免图片重复拍摄。将获取到的岩体的图像信息在计算机中按照程序进行处理计算，得出岩体的节理裂隙的深度数据，并根据这些数据恢复出岩体节理裂隙的三维图像。其结构简单合理、自动控制程度高、测量结果精度高、实用轻巧方便、可获得岩体的节理裂隙的三维图像。
图I是本实用新型的装置结构示意图；图2是激光三角法测量原理图；图中的标记分别表示I、手推车，2、计算机，3、电动机，4、左滑块，5、横轨，6、左滑轨，7、右滑轨，8、激光三角测量装置(其中9、激光器，10、发射透镜，11、CXD相机，12、相机接收透镜)；13、右滑块，14、旋转编码器。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1，本实施例给出一种岩体节理裂隙三维图像获取装置，包括手推车1，手推车I上安装有横轨5运动的左滑轨6和右滑轨7，横轨5两端分别装有左滑块4和右滑块13，左滑块4和右滑块13分别位于左滑轨6和右滑轨7中；右滑块13上固定有旋转编码器14，在手推车I的面板上，安装有计算机2和电动机3 ;在横轨5上固定有由激光器9，发射透镜10，CCD相机11和相机接收透镜12组成的激光三角测量装置8 ;其中，电动机3、旋转编码器14、CXD相机11和激光器9通过专用连接线与计算机2相连。制作时，先将激光器9，发射透镜10，CXD相机11和相机接收透镜12组成激光三角测量装置8，并将激光三角测量装置8制成一体。然后将电动机3和计算机2固定装置在手推车I上，在手推车I的左右两侧上方用螺纹固定连接横轨5，横轨5的左右两侧分别用螺纹紧固连接件固定连接左滑块4和右滑块13，右滑块13上固定安装旋转编码器14，左滑块4和右滑块13分别置于左滑轨6和右滑轨7中，电动机3、旋转编码器14、(XD相机11和激光器9通过专用连接线与进行图像采集、数据处理以及三维显示的计算机2相连，激光三角装置8固定于横轨5上，当电动机3开启后，带有滑块的横轨5开始横向移动，右滑块13运动带动旋转编码器14转动，旋转编码器14将滑块横向运动的位移信号转换成电信号传送给计算机2，计算机2通过软件控制向CCD相机11发出脉冲触发，CCD相机11拍摄获取图像，并传送到计算机2中进行进一步的处理，激光器9必须垂直照射岩体表面，且与CXD相机11成一定的角度，激光器9用于向岩体表面发射激光,CCD相机11将接收到被测岩体的垂直距离，由于岩体表面节理裂隙不同，所以C⑶相机11获取的图像像素坐标会有变化，根据坐标的差距由计算公式得出岩体节理裂隙的数据并恢复出岩体表面的三维形貌。其测量原理如图2所示
X 1通过光学原理及公式推导可得最终计算公式为X =，由于C⑶相机是斜置
的，当被测物体表面在垂直方向上发生位移变化(X)时，显示到CCD相机中为被测物体像元位移的变化(即X’)，最终通过公式计算可由像元位移(X’ )得到物体的真实位移变化X。
权利要求1.一种岩体节理裂隙三维图像获取装置，包括手推车(I)，其特征在于，在手推车(I)上安装有横轨(5)运动的左滑轨(6)和右滑轨(7)，横轨(5)两端分别装有左滑块(4)和右滑块(13)，左滑块(4)和右滑块(13)分别位于左滑轨(6)和右滑轨(7)中；右滑块(13)上固定有旋转编码器(14)，在手推车⑴的面板上，安装有计算机(2)和电动机(3);在横轨(5)上固定有由激光器(9)，发射透镜(10)，CCD相机(11)和相机接收透镜(12)组成的激光三角测量装置⑶；其中，电动机⑶、旋转编码器(14)、CCD相机(11)和激光器(9)通过专用连接线与计算机(2)相连。
2.如权利要求I所述的岩体节理裂隙三维图像获取装置，其特征在于，所述的激光三角测量装置封装成一个整体。
3.如权利要求I所述的岩体节理裂隙三维图像获取装置，其特征在于，所述的横轨用丝杠替代。
专利摘要本实用新型公开了一种岩体节理裂隙三维图像获取装置，包括手推车，手推车上安装有横轨运动的左滑轨和右滑轨，横轨两端分别装有左滑块和右滑块，左滑块和右滑块分别位于左滑轨和右滑轨中；右滑块上固定有旋转编码器，在手推车的面板上，安装有计算机和电动机；在横轨上固定有由激光器，发射透镜，CCD相机和相机接收透镜组成的激光三角测量装置；其中，电动机、旋转编码器、CCD相机和激光器通过专用连接线与计算机相连。其结构简单合理、自动控制程度高、测量结果精度高、实用轻巧方便、可获得岩体的节理裂隙的三维图像。从而解决了目前国内外获取三维岩石节理裂隙难的问题。
文档编号G01B11/24GK202533377SQ20122013801
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者冯兴乐, 孙瑞宁, 徐花艳, 李伟, 王卫星 申请人:长安大学