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摄影测量计算机视觉在矿山相似材料模拟实验中的应用研究

骆希娟  
【摘要】:矿山相似材料模拟实验变形监测是大型采矿工程模拟实验必做的一项内容,这项内容的主要目的是为实际开采提供安全指导。为了实现变形监测,需要在模型上人为布设大量监测点,通过量测每个监测点在各个工作面上的物方坐标,得到上覆岩层在开采时的变形特征。从岩层的运动规律可以确定出顶板周期来压的活动性质。针对目前量测监测点物方坐标时采用方法存在的局限性,本文提出一种基于摄影测量计算机视觉单应矩阵的三维重建算法,实现了相似材料模拟实验的变形监测。这种算法大致分为以下三步:⑴相机检校。相机检校的主要目的是为了计算描述物方点坐标与其在二维影像上对应像点间几何模型的参数。通过计算结果既可以得到物方与像方之间的投影关系,也可以解决由于普通数码相机引起的影像边缘变形问题,即实现影像预处理。通过对比分析常用的多种检校算法的优缺点,最终选择张正友平面检校来完成检校工作。⑵像点坐标高精度量测。像点坐标量测算法的效率和精度,是本文三维重建算法的关键之一。以回光反射材料制作的圆形标志和编码标志分别作为监测点和编码点,结合Canny算子和椭圆拟合算法实现标志点像点坐标的高精度量测。⑶监测点物方坐标解算。对比分析传统三维重建算法的不足之处,再结合本次实验研究对象为平面模型,以单应矩阵为基础实现三维重建。这种算法可以基于单张影像完成,从而避免复杂的同名点匹配过程。三维重建算法的理论模型经确定后,选择适当的计算机语言来加以实现,本文主要利用MATLAB和C++两种语言。以东峡煤矿建立的物理模型为研究对象,经该算法计算得到监测点物方坐标,在精度满足要求的情况下,利用这一结果绘制每个工作面的变形曲线。将变形曲线和利用高精度测量手段量测到的结果所绘制的曲线进行比较,初步判断该算法是否合理可行;在两种曲线一致的情况下,与物理模型的实际变形作对比,查看得到的曲线是否符合实际情况。通过实例证明了本文提出算法的可行性、计算速度和计算精度,实验结果表明:本文算法实现了全自动监测点物方坐标解算,计算速度快,结果精度高,可以满足相似材料模拟实验。


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