(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211378045.3 (22)申请日 2022.11.04 (71)申请人 中南大学 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 王卫东　彭俊　邱实　牛浩然　 (74)专利代理 机构 长沙轩荣专利代理有限公司 43235 专利代理师 王丹 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/12(2017.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 7/136(2017.01) G06T 7/80(2017.01) (54)发明名称 一种边坡地表位移监测方法、 装置、 介质及 设备 (57)摘要 本发明提供了一种边坡地表 位移监测方法、 装置、 介质及设备， 包括： 采集目标边坡的多个图 像数据； 通过对多个图像数据进行分析， 确定多 个目标标靶并得到与 目标标靶对应的区域编码 及像素坐标； 获取多个目标标靶中的每个目标标 靶四个角点的空间坐标及每个目标标靶的质心 坐标； 分别针对多个目标标靶中的每个目标标 靶， 根据标标靶的空间坐标及质 心坐标， 对每个 目标标靶的对角向量进行计算， 得到每个目标标 靶平面的方向向量， 方向向量具有3方向自由度； 通过像素坐标、 空间坐标、 质 心坐标和方向向量 对目标边坡进行监测， 得到监测结果； 相较于现 有技术来说， 实现了对目标边坡进行3位移自由 度+3方向自由度监测， 提升了对边坡监测的精 度。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 115511878 A 2022.12.23 CN 115511878 A 1.一种边坡地表位移监测方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 采集目标边坡的多个图像数据， 多个所述图像数据通过从不同角度对目标边坡 进行图像采集得到； 步骤2， 通过对多个所述图像数据进行分析， 确定多个目标标靶并得到与 所述目标标靶 对应的区域编码及像素坐标； 步骤3， 获取多个所述目标标靶中的每个目标标靶四个角点的空间坐标及每个所述目 标标靶的质心坐标； 步骤4， 分别针对多个所述目标标靶中的每个目标标靶， 根据 所述标标靶的空间坐标及 质心坐标， 对所述目标标靶的对角向量进 行计算， 得到每个所述目标标靶平面的方向向量， 所述方向 向量具有3个方向 自由度； 步骤5， 通过所述像素坐标、 所述空间坐标、 所述质心坐标和所述方向向量对所述目标 边坡进行监测， 得到监测结果。 2.根据权利要求1所述的边坡地表位移监测方法， 其特 征在于， 所述 步骤2包括： 根据自适应性阈值分割算法对多个所述图像数据进行二值化处理并提取其外形轮廓， 得到多个疑似边坡位移监测标靶； 逐个对所述疑似边坡位移监测标靶进行处 理， 并分析其区域编码； 判断所述疑似边坡位移监测标靶的区域编码是否合法； 若所述疑似边坡位移监测标靶的区域编码合法， 则确定所述疑似边坡位移监测标靶为 目标标靶； 对所述目标标靶四个角点进行亚像素优化， 得到与所述目标标靶对应的区域编码及像 素坐标。 3.根据权利要求1所述的边坡地表位移监测方法， 其特 征在于， 所述 步骤3包括： 针对多个所述目标标靶中的每个目标标靶， 根据三角测量原理， 通过所述转换矩阵和 所述像素坐标建立空间坐标关系方程并进行求解， 得到所述目标标靶四个角点的空间坐 标， 其中所述 转换矩阵是根据相机内参矩阵和相机 外参矩阵计算得到； 对所述目标标靶四个角点的空间坐标进行均值计算， 得到多个所述目标标靶的质心坐 标。 4.根据权利要求3所述的边坡地表位移监测方法， 其特 征在于， 所述 步骤4包括： 分别针对多个所述目标标靶中的每个目标标靶， 测量所述目标标靶在全站仪坐标系下 的坐标值； 分别针对多个所述目标标靶中的每个目标标靶， 计算所述目标标靶在所述全站仪坐标 系下和在所述相机坐标系下的质心坐标； 分别针对多个所述目标标靶中的每个目标标靶， 根据所述目标标靶四个角点的空间坐 标， 计算所述目标 标靶的两个对角向量； 分别针对多个所述目标标靶中的每个目标标靶， 对所述目标标靶的两个对角向量进行 叉乘， 得到叉乘结果， 并将所述叉乘结果除以与两个所述对角向量的模量， 得到所述目标标 靶平面的方向 向量， 所述方向 向量具有3个方向 自由度。 5.根据权利要求1所述的边坡地表位移监测方法， 其特 征在于， 所述目标边坡的多个所述图像数据是通过双目相机采集到的；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115511878 A 2在所述步骤1之前， 还 包括： 对所述双目相机的相机内参矩阵、 畸变系数和相机外参矩阵进行标定， 所述相机内参 矩阵为： 其中， K为相机内参矩阵， fx为x方向焦距， fy为y方向焦距， dX为x方向上一个像素对应的 物理长度， dY为y方向上一个像素对应的物理长度， u0为x方向的感光中心坐标， v0为y方向的 感光中心坐标， θ 为感光板装配时产生的角度偏差； 所述畸变系数为： 其中， x′， y′表示为现实成像的归一化图像坐标， x， y为现实成像的归一化图像坐标， r 为像素点至成像中心点的距离， k1， k2， k3为各阶径向畸变系数， p1， p2为各阶切向畸变系数。 6.根据权利要求5所述的边坡地表位移监测方法， 其特征在于， 所述相机外参矩阵标定 方法包括: 将世界坐标系下的图像数据转换为相机坐标系； 对所述目标标靶在所述全站仪坐标系下和在所述相机坐标系下的质心坐标进行处理 并优化， 得到相机坐标系到全站仪坐标系的旋转矩阵； 对所述旋转矩阵进行质心变换， 得到平 移向量； 利用所述旋转矩阵和所述位移向量， 将左相机 中的图像数据重投影至右相机的成像平 面上， 并计算重投影误差； 通过所述重投影误差计算所述左相机和所述右相机的相机 外参矩阵。 7.根据权利要求6所述的边坡地表位移监测方法， 其特 征在于， 在所述 步骤5之后包括： 对每个所述目标标靶的监测结果进行边坡地表位移的累计计算， 判断所述边坡地表位 移是否超过 预先设定的预警值； 当所述边坡地表位移超过 所述预警值时发出警报。 8.一种边坡地表位移监测装置， 用于实现上述权利要求1 ‑7任意一项所述的边坡地表 位移监测方法， 其特 征在于， 包括： 采集模块， 用于采集目标边坡的多个图像数据， 多个所述图像数据通过从不同角度对 目标边坡进行图像采集得到； 分析模块， 用于通过对多个所述图像数据进行分析， 确定多个目标标靶并得到与所述 目标标靶对应的区域编码及像素坐标； 第一计算模块， 用于获取多个所述目标标靶中的每个目标标靶四个角点的空间坐标及 每个所述目标 标靶的质心坐标； 第二计算模块， 用于分别针对多个所述目标标靶中的每个目标标靶， 根据所述标标靶权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115511878 A 3