[发明专利]一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法

权利要求书

1.一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，其特征在于：装置包括裂缝标识（1）、旋转支架（2）、平面镜（3）和球型摄像机（4）共四个部分，其特征在于：

所述裂缝标识（1）由正方形铁片构成，其边长x已知，并且对称粘贴在裂缝两边；

所述旋转支架（2）通过焊接安装在裂缝所处的隧道内壁上，与裂缝保持适当距离；

所述平面镜（3）通过内嵌式安装在旋转支架（2）上，成像镜面朝向裂缝；

所述球型摄像机（4）安装在隧道内壁墙上，可以实现所在平面内360度旋转，可以捕捉周围隧道内壁墙上的裂缝图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，其特征在于：已知所述裂缝标识（1）的实际边长为x，裂缝标识（1）的实际边长在裂缝照片中对应的像素个数为n，那么在裂缝照片中一个像素的实际边长对应为y=x/n，那么裂缝照片的像素标定就可以给定，为之后的裂缝宽度w和长度l计算提供了依据。

3.根据权利要求1所述的一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，其特征在于：利用物理学中平面镜成像原理，在裂缝附近处安装旋转支架（2）与平面镜（3），通过旋转支架（2）可调整平面镜（3）与隧道内壁的夹角角度，根据平面镜（3）成像原理可获得裂缝虚像。

4.根据权利要求1所述的一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，其特征在于：在平面镜（3）与旋转支架（2）安装完成后，通过平面镜（3）的安装角度α，调整摄像机拍摄角度θ，当球型摄像机拍摄视线与裂缝虚像垂直时，通过平面镜（3）成像原理以及相似三角形的关系可获得裂缝的正视照片，在拍摄过程中，根据图片成像效果，调整摄像机的焦距，获得高质量的图片。

5.根据权利要求4所述的一种获得裂缝正视照片的方法，其特征在于：当光线进入平面镜后由于光的反射而形成与实物相同的虚像的一种科学原理，因此在现场若不能直接拍到裂缝正视图情况下，通过光的反射，调整球型摄像机（4）的拍摄角度θ，直接拍摄镜面中的裂缝虚像，获取到裂缝的正视图。

6.根据权利要求5所述的一种获得裂缝正视照片中调整球型摄像机（4）角度的方法，其特征在于：利用数学计算公式，已知裂缝与球型摄像机（4）的水平距离a、球形摄像机距墙体距离h，裂缝与旋转支架（2）的距离b，通过建立球型摄像机（4）与隧道内壁的夹角θ的正切值，求解得到旋转支架（2）与球型摄像机（4）视线和隧道内壁的交点的距离c，随后通过b、c的值与反正弦公式得到θ，再根据角度关系，得到α，根据α、θ即可进行平面镜（3）安装。

7.根据权利要求1-4任一所述的一种基于球型摄像机拍摄隧道墙面裂缝的装置与方法，其特征在于：包括以下步骤：

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：假定已知裂缝标识（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（3）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。