一种地质剖面摄影成像装置及控制方法与流程

1.本发明属于地质剖面摄影技术领域，尤其涉及一种地质剖面摄影成像装置及控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.地质工作中往往需要对地质剖面，包括岩层、土层剖面，进行详细描绘和摄影。所述地质剖面多为水平长度数米至数十米，竖直高度数米至十余米的近直立或高坡度的面。影响地质剖面摄影准确性的主要因素之一为照片的几何畸变，畸变程度随着远离照片中心而加重，在照片边缘处达到最大。以往对该问题的解决方式有3种：1.水平方向垂直远离地质剖面，以高清摄像机拍摄，使剖面集中在照片中部，之后裁剪照片放大使用；2.拍摄剖面照片后，通过图像编辑软件，对图像进行角度、长度校正使用；3.将剖面划分为若干个连续或有重叠的区域，分别摄影，之后拼接使用。
4.上述方法的问题在于当作业面狭窄时，如人工开挖探槽通常宽不足一米，高数米，长十余米或数十米，无法进行远距离拍摄，亦不能拍摄完整图像后进行调整。作业面狭窄条件下，通常采用分区拍摄后软件拼接的方法，但对于较高的位置，受身高限制，人员难以获得正视照片，亦需人工记录每张照片的位置，为后续拼接造成了困难。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种地质剖面摄影成像装置及控制方法。
6.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：本发明第一方面提供了一种地质剖面摄影成像装置，包括：支撑轨道，行走平台，支撑立杆以及摄影装置；所述行走平台底部设置滚轮，内部设置第一控制模块以及第一驱动模块；所述第一控制模块用于根据行走装置的移动信息控制第一驱动模块驱动位于行走平台底部的滚轮转动，使得行走平台沿所述支撑轨道移动；所述行走平台上设置支撑立杆，摄影装置滑动设置在所述支撑立杆上；所述摄影装置包括第二控制模块、第二驱动模块、数字摄影机以及存储装置，所述第二控制模块用于根据行走平台的行走参数以及摄影装置的升降参数控制第二驱动模块驱动摄影装置沿着所述支撑立杆滑动；所述第一控制模块与第二控制模块通信连接；所述数字摄影机用于在摄影装置完成一次移动后拍摄地质剖面图像；所述存储装置用于存储拍摄的地质剖面图像以及摄影记录。
7.本发明第二方面提供了一种地质剖面摄影成像装置的控制方法，包括：行走平台按照设定的行走参数进行移动，行走平台每移动一次后，摄影装置按照
设定的升降参数完成多次移动后回到初始位置；摄影装置回到初始位置后，行走平台按照设定的行走参数再次进行移动，行走平台和摄影装置重复以上步骤，直至行走平台完成设定的行走参数后回到初始位置；其中，所述摄影装置按照设定的升降参数完成多次移动后回到初始位置，包括：摄影装置每完成一次移动后，摄影装置上搭载的数字摄像机启动拍摄地质剖面图像，并将拍摄的地质剖面图像以及此次摄影记录进行存储；数字摄像机完成此次拍摄后，摄影装置继续按照设定的升降参数移动并且启动数字摄像机拍摄地质剖面图像，直至摄影装置完成设定的升降参数后回到初始位置。
8.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：（1）本发明通过设置装置的行走和升降的方向、步长和次数，并且设置时应控制各步长，使最终图片存在部分重叠面积；可以自动完成地质剖面的摄影工作，对工作环境要求较低，整体图像畸变小。
9.（2）本发明通过自动行走和升降，记录照片名称和相对位置，自动拼合照片，大大降低了地质剖面摄影的难度和工作量，提高了图像的准确度，提高了工作效率。
10.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
11.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
12.图1为实施例1的地质剖面摄影成像装置的结构示意图；图2为实施例1的行走平台的结构示意图；图3为实施例1的摄影装置的侧视图；图4为实施例1的摄影装置的俯视图；图5为实施例2的控制面板示意图；图6为实施例2的照片拼接图。
13.图中，1、支撑轨道，2、行走平台，21滚轮，201第一供电单元，202第一控制主板，203控制面板，204第一信号发射接收装置，205第一驱动电机，206第一主动齿轮，207第一从动齿轮，208驱动轴，3、支撑立杆，301凹槽，302齿状导轨，4、摄影装置，400存储装置，401第二供电单元，402第二控制主板，403第二信号发射接收装置，404第二驱动电机，405第二驱动齿轮，406升降齿轮，407升降齿轮轴，408固定轮，409固定轮轴，410数字摄影机。
具体实施方式
14.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
15.实施例一如图1所示，本实施例提出一种地质剖面摄影成像装置，包括：支撑轨道1，行走平台2，支撑立杆3，摄影装置4。行走平台2底部设有滚轮21，通过行走平台2上设置的第一控制模块控制滚轮21转动，实现驱动行走平台2沿支撑轨道1行走。支撑立杆3与行走平台2固定连接或通过螺丝固定，支撑立杆3上设置品字形的凹槽301，凹槽301底部设置齿状导轨302；
摄影装置4通过升降齿轮406与支撑立杆3内的齿状导轨302稳定接触，可沿着支撑立杆3升降移动。
16.如图2所示，行走平台2上的第一控制模块包括第一供电单元201，第一控制主板202，控制面板203，第一信号发射接收装置204；第一驱动模块包括：第一驱动电机205、第一计数装置，第一主动齿轮206，第一从动齿轮207，第一从动齿轮207中心为驱动滚轮的驱动轴208。第一供电单元201与控制面板203、第一控制主板202、第一信号发射接收装置204、第一驱动电机205和第一计数装置通过导电线连接，为后者提供电能。第一控制主板202分别与控制面板203、第一驱动电机205和第一计数装置通过信号线连接，用于接收和发送信息。第一控制主板202与第一信号发射接收装置204集成或通过信号线连接。在第一驱动电机205上设置第一计数装置，第一计数装置用于对第一驱动电机205的转动计数；第一驱动电机205驱动第一主动齿轮206，第一主动齿轮206与第一从动齿轮207啮合，驱动后者。第一从动齿轮207中心固定连接驱动轴208，为滚轮21提供动力。供电单元可以是蓄电池、外接电源或干电池组等能提供电能的单元。
17.通过行走平台2上设置的控制面板203设置行走平台2的行走方向、行走步长和行走次数，摄影装置4的升降方向、升降步长和升降次数。设置时应控制各步长，使最终图片存在部分重叠面积；具体的，本实施例的行走步长和升降步长设置范围为，为行走步长和升降步长的上限，行走步长与行走次数之积应小于支撑轨道1的长度，升降步长与升降次数之积应小于支撑立杆3的长度。
18.第一控制主板202接收用户通过控制面板203设置的行走信息，对行走信息进行分析处理后，通过信号线发送给第一驱动电机205和第一计数装置，控制第一驱动电机205动作，进而驱动第一主动齿轮206动作，第一主动齿轮206带动与其齿合的第一从动齿轮207动作，第一从动齿轮207带动驱动轴208旋转，为滚轮21提供动力，实现驱动行走平台2按照用户设定的行走参数沿支撑轨道1行走。
19.本实施例中，信号发射接收装置的作用是在行走平台2（第一控制模块）与摄影装置4（第二控制模块）间传递信息。平台或装置内部信息通过信号线或集成接口传送。
20.如图3所示，摄影装置4内设置第二控制模块、第二驱动模块、存储装置400以及数字摄影机410；第二控制模块包括：第二供电单元401，第二控制主板402，第二信号发射接收装置403；第二驱动模块包括：第二驱动电机404、第二计数装置，第二驱动齿轮405，升降齿轮406，固定轮408。固定轮408绕固定轮轴409自由转动，升降齿轮406绕升降齿轮轴407转动，由第二驱动齿轮405控制转动角度。
21.第二供电单元401与第二控制主板402、第二信号发射接收装置403、第二驱动电机404和第二计数装置通过导电线连接，为后三者提供电能。
22.第二控制主板402与第二驱动电机404通过信号线连接，用于接受和发送信息。第二控制主板402与第二信号发射接收装置403集成或通过信号线连接。在第二驱动电机404上设置第二计数装置，第二计数装置用于对第二驱动电机404的转动计数；第二驱动电机404驱动第二驱动齿轮405，第二驱动齿轮405与升降齿轮406啮合，驱动后者。
23.同时，第一控制主板202与第二控制主板402通过第一信号发射接收装置204和第二信号发射接收装置403有线或无线连接，实现信息交互；具体的，第一控制主板202将用户设置的行走平台2以及摄影装置4的行走信息通过信号发射接收装置传输给第二控制主板402，第二控制主板402对摄影装置4的行走信息进行分析处理后，控制第二驱动电机404驱动第二驱动齿轮405旋转，第二驱动齿轮405与升降齿轮406啮合转动，使摄影装置4在支撑立杆3上沿升降方向移动升降步长的距离，并通过齿轮啮合限位；如图4所示，摄影装置4两侧水平面呈双面凹字形，与支撑立杆3的凹槽301吻合，凹槽301内远离摄影装置4的一侧设置有齿状导轨302，升降齿轮406伸入支撑立杆3上的凹槽301内，与齿状导轨302啮合，通过控制升降齿轮406的转动驱动摄影装置4沿着支撑立杆3升降。两组固定轮408在升降齿轮406对壁与凹槽301内的一侧面接触，固定轮408无动力，升降齿轮406与两组固定轮408构成三角支撑结构，两组固定轮408用于稳定摄影装置，避免摄影装置垂向转动。
24.实施例二本实施例提出一种地质剖面摄影成像装置的控制方法，包括以下步骤：s1：如图5所示，通过控制部的控制面板203设置行走平台2的行走方向、行走步长和行走次数，摄影装置4的升降方向、升降步长和升降次数，设置时应控制各步长，使最终图片存在部分重叠面积。
25.本实施例中行走方向以控制面板面向方向为负，背向方向为正；升降方向以向上为正，向下为负；作为公知词汇，在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角（α）。视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。
26.式中α为数字摄影机的视场角，d为数字摄影机镜头距离剖面的距离，为行走步长和升降步长的上限，即行走步长和升降步长均应小于。行走步长和升降步长理论上没有下限，但为了节省存储空间和避免数据冗余，不必小于。本实施例的行走步长和升降步长设置范围为。
27.行走步长与行走次数之积应小于支撑轨道1的长度，升降步长与升降次数之积应小于支撑立杆3的长度；s2：第一控制主板202接收控制面板的指令，对控制面板的指令进行分析计算。
28.s3：第一控制主板202通过控制第一驱动电机205的转动角度，通过第一主动齿轮206与第一从动齿轮207的啮合转动，驱动滚轮21转动，进而使行走平台2在支撑轨道1上按照设定的行走方向和行走步长进行移动，并通过齿轮啮合限位；示例性的，使行走平台2在支撑轨道1上按照设定的行走方向和行走步长进行移动控制方式为：
式中，为第一驱动电机的转动角度，l为设定的行走步长，为与支撑轨道顶面接触的滚轮半径，为第一从动齿轮半径，为第一主动齿轮半径。由第一控制主板计算并控制。
29.s4：第一控制主板202通过第一信号发射接收装置204和第二信号发射接收装置403向第二控制主板402传送行走平台2的行走方向、行走步长、已完成的行走次数以及摄影装置4的升降方向、升降步长和升降次数信息。
30.s5：第二控制主板402控制第二驱动电机，通过第二驱动齿轮与升降齿轮的啮合转动，使摄影装置在支撑立杆上沿升降方向移动升降步长的距离，并通过齿轮啮合限位。
31.示例性的，使摄影装置在支撑立杆上沿升降方向移动升降步长的距离的控制方式为：式中，ν为第二驱动电机的转动角度，h为设定的升降步长，rh为第二驱动齿轮半径；ν由第二控制主板计算并控制。
32.s6：摄影装置4完成一次升降后数字摄影机启动完成拍摄，并将照片、照片名称存储于存储装置内，并生成摄影记录；单条摄影记录的存储格式为[行走次数，升降次数，照片名称]s7：循环s5~s6，直至升降次数完成后摄影装置恢复初始位置（即回到支撑立杆的底部位置）。
[0033]
s8：循环s3~s7，直至行走次数完成后行走平台恢复初始位置。
[0034]
需要说明的是，行走平台2按照设定的行走方向和行走步长每行走一次后，摄影装置按照设定的升降参数完成多次移动并且回到初始位置后，行走平台2接着按照设定的行走参数再行走一次，重复以上步骤，直至行走平台2完成设定的行走次数后回到初始位置结束。
[0035]
s9：第二控制主板控制存储装置完成数据整合，数据结构如下：[1,4,2.0,1,3,1.5][1,1,pic1][1,2,pic2][1,3,pic3][2,1,pic4][2,2,pic5][2,3,pic6][3,1,pic7][3,2,pic8][3,3,pic9][4,1,pic10][4,2,pic11][4,3,pic12]分别对应：[行走方向，行走次数，行走距离，升降方向，升降次数，升降距离][完成行走次数，完成升降次数，照片名称][完成行走次数，完成升降次数，照片名称][完成行走次数，完成升降次数，照片名称]
……
其中，正向行走以1表示，负向行走以0表示；上升以1表示，下降以0表示。
[0036]
s10：如图6所示，依据行走方向，行走次数，升降方向，升降次数恢复每张照片的位置，依据照片名称检索照片置于对应位置，并引用图像处理软件完成拼接、裁剪、羽化等效果，图中阴影部分为照片重叠面积。
[0037]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种地质剖面摄影成像装置，其特征在于，包括：支撑轨道，行走平台，支撑立杆以及摄影装置；所述行走平台底部设置滚轮，内部设置第一控制模块以及第一驱动模块；所述第一控制模块用于根据行走平台的移动信息控制第一驱动模块驱动位于行走平台底部的滚轮转动，使得行走平台沿所述支撑轨道移动；所述行走平台上设置支撑立杆，摄影装置滑动设置在所述支撑立杆上；所述摄影装置包括第二控制模块、第二驱动模块、数字摄影机以及存储装置，所述第二控制模块用于根据行走平台的行走参数以及摄影装置的升降参数控制第二驱动模块驱动摄影装置沿着所述支撑立杆滑动；所述第一控制模块与第二控制模块通信连接；所述数字摄影机用于在摄影装置完成一次移动后拍摄地质剖面图像；所述存储装置用于存储拍摄的地质剖面图像以及摄影记录。2.根据权利要求1所述的一种地质剖面摄影成像装置，其特征在于，所述第一控制模块包括第一控制主板、控制面板以及第一信号发射接收装置；所述第一驱动模块包括：第一驱动电机、第一计数装置、第一主动齿轮以及第一从动齿轮；所述第一控制主板分别与控制面板、第一驱动电机、第一计数装置以及第一信号发射接收装置通过信号线连接；第一计数装置与第一驱动电机连接，第一驱动电机的输出轴连接第一主动齿轮，第一主动齿轮与第一从动齿轮啮合，第一从动齿轮中心固定连接驱动轴，驱动轴两端分别连接所述滚轮；所述第一控制主板用于根据行走平台设定的行走步长以及滚轮半径、第一驱动齿轮和第一从动齿轮半径计算第一驱动电机的转动角度；根据行走平台的设定的升降方向以及升降次数，确定第一驱动电机的转动方向和转动次数；通过第一计数装置对第一驱动电机的转动计数。3.根据权利要求1所述的一种地质剖面摄影成像装置，其特征在于，所述行走平台和所述摄影装置还包括供电模块，所述供电模块用于给行走平台和摄影装置的各个模块供电。4.根据权利要求1所述的一种地质剖面摄影成像装置，其特征在于，所述支撑立杆上设置品字形的凹槽，品字形的凹槽内底部设置齿状导轨，摄影装置沿着所述齿状导轨移动。5.根据权利要求4所述的一种地质剖面摄影成像装置，其特征在于，所述第二控制模块包括第二控制主板和第二信号发射接收装置；所述第二驱动模块包括第二驱动电机、第二计数装置、第二驱动齿轮以及第二升降齿轮；所述第二控制主板分别与第二信号发射接收装置、第二驱动电机以及第二计数装置通过信号线连接；所述第二驱动电机的输出轴连接第二驱动齿轮，第二驱动齿轮与第二升降齿轮齿合，通过第二升降齿轮的转动驱动摄影装置沿着所述齿状导轨移动。6.根据权利要求5所述的一种地质剖面摄影成像装置，其特征在于，所述摄影装置的水平面呈双面凹字形，与支撑立杆的凹槽吻合；所述摄影装置还包括两组固定轮，固定轮在升降齿轮对壁与凹槽接触，升降齿轮和两组固定轮构成三角支撑结构，避免摄影装置垂向转动。7.根据权利要求1所述的一种地质剖面摄影成像装置，其特征在于，所述摄影记录的存储格式为：[行走次数，升降次数，照片名称]。8.基于权利要求1-7任一项所述的一种地质剖面摄影成像装置的控制方法，其特征在
于，包括：行走平台按照设定的行走参数进行移动，行走平台每移动一次后，摄影装置按照设定的升降参数完成多次移动后回到初始位置；摄影装置回到初始位置后，行走平台按照设定的行走参数再次进行移动，行走平台和摄影装置重复以上步骤，直至行走平台完成设定的行走参数后回到初始位置；其中，所述摄影装置按照设定的升降参数完成多次移动后回到初始位置，包括：摄影装置每完成一次移动后，摄影装置上搭载的数字摄像机启动拍摄地质剖面图像，并将拍摄的地质剖面图像以及此次摄影记录进行存储；数字摄像机完成此次拍摄后，摄影装置继续按照设定的升降参数移动并且启动数字摄像机拍摄地质剖面图像，直至摄影装置完成设定的升降参数后回到初始位置。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在对行走平台的行走参数和摄影装置的升降参数进行设置时，控制行走步长以及升降步长的设置范围，保证摄影装置采集的图片之间存在部分重叠。10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，行走平台按照设定的行走参数进行移动，具体包括：第一控制模块根据行走平台设定的行走参数以及第一驱动模块的相关参数，计算第一驱动电机的转动角度、转动方向以及转动参数，控制第一驱动电机的转动，实现行走平台在支撑轨道上移动；摄影装置按照设定的升降参数进行移动，具体包括：第二控制模块根据摄影装置设定的升降参数以及第二驱动模块的相关参数，计算第二驱动电机的转动角度、转动方向以及转动参数，控制第二驱动电机的转动，使得摄影装置在支撑立杆上升降。

技术总结
本发明属于地质剖面摄影技术领域，具体为一种地质剖面摄影成像装置及控制方法，该装置包括：支撑轨道，行走平台，支撑立杆以及摄影装置；行走平台内部设置第一控制模块以及第一驱动模块，用于驱动位于行走平台底部的滚轮转动，使得行走平台沿支撑轨道移动；行走平台上设置支撑立杆，摄影装置包括第二控制模块、第二驱动模块、数字摄影机以及存储装置，第二控制模块用于根据行走平台的行走参数以及摄影装置的升降参数控制第二驱动模块驱动摄影装置沿着支撑立杆滑动；数字摄影机用于拍摄地质剖面图像；本装置可根据设定的移动参数自动完成地质剖面的摄影工作，对工作环境要求较低，整体图像畸变小。整体图像畸变小。整体图像畸变小。


技术研发人员：倪永进 王红卫 许洪泰 常杰 梁吉坡 宋香锁
受保护的技术使用者：山东省地震工程研究院
技术研发日：2023.09.04
技术公布日：2023/10/6