多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法、装置及存储介质与流程

多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法、装置及存储介质
【技术领域】
1.本发明涉及隧道衬砌图像处理技术领域，尤其涉及一种多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.目前，铁路投入运营的隧道数目已经超过一万座，总长超过两万千米，隧道整体运营状态良好，部分隧道衬砌病害普遍存在且持续发展，近年来引起的行车安全隐患屡有发生，高铁隧道尤为突出。其中，典型的衬砌结构表观病害包括：衬砌开裂、剥落、掉块、渗漏水等，随着列车及环境荷载等因素的影响，此类病害可能引起衬砌结构不可逆的变化，同时受铁路检修天窗影响，检测效率较差。
3.通常，针对此类病害的检测是采用移动平台搭载高清相机对衬砌图像快速采集，然后基于图像识别技术实现病害的准确定位和属性特征提取，因此基于图像的隧道衬砌表观病害智能检测系统成为隧道表观状态周期性检测，以指导精准维修的有效手段。在将多通道相机原始数据处理为可视化图片时需要进行自动拼接处理。一方面，由于隧道断面过大，通常由多通道相机视野覆盖拍摄，才能采集到全断面图像，多相机之间存在不同时、不同步、不同向、两两相机之间存在视野冗余等问题，为了得到拼接完整的全断面隧道衬砌图片，需要进行自动拼接。另一方面，基于图像的隧道衬砌表观病害智能检测系统对隧道衬砌表观状态成像有很高的质量要求，当图像的像素精度优于1mm时，其图像数据量就高达40gb/km，因此，海量的数据量对数据处理效率提出更高的要求，自动拼接是提升数据处理效率的有效方法。然而，隧道不同的工况对应着不同的数据采集、数据存储方式等，即隧道的实际工况直接影响能否拼接生成有效的图片，进而影响下一步的病害自动识别和人工校核环节。
4.鉴于此，实有必要提供一种新型的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法、装置及存储介质以克服上述缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法、装置及存储介质，实现了多通道图像数据的完整自动拼接，且能够提高海量图像的数据处理的效率，基于图像采集的实际工况设置的原始图像数据的拼接参数能够适应各种工况，生成的有效图片利于进行下一步的自动识别和人工校核处理。
6.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法，包括如下步骤：步骤s100：通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据；步骤s200：获取图像采集的实际工况，并基于所述实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数；步骤s300：基于所述拼接参数将所述多个通道的原始图像数据进行拼接，形成有效图片。
7.在一个优选实施方式中，所述步骤s200包括：
8.步骤s210：根据图像采集的行车工况确定所述多个相机所对应的多个通道的位置
参数。
9.在一个优选实施方式中，所述步骤s200还包括：
10.步骤s220：根据图像采集的运行方向及线路里程增减方向确定所述多个通道的原始图像数据的索引参数。
11.在一个优选实施方式中，当图像采集的行车方向为从隧道运行方向的小里程到大里程时，所述索引参数为按照正序进行索引；当图像采集的行车方向为从隧道运行方向的大里程到小里程时，所述索引参数为按照倒序进行索引。
12.在一个优选实施方式中，所述步骤s200还包括：
13.步骤s230：根据图像采集的隧道环向规则及隧道纵向规则确定所述原始图像数据的镜像参数。
14.在一个优选实施方式中，当图像采集不符合隧道环向规则时，所述原始图像数据的镜像参数为沿横轴翻转；当图像采集不符合隧道纵向规则时，所述原始图像数据的镜像参数为沿纵轴翻转；当图像采集既不符合隧道环向规则也不符合隧道纵向规则时，所述原始图像数据的镜像参数为先沿横轴翻转再沿纵轴翻转。
15.在一个优选实施方式中，所述步骤s300包括：根据所述多个通道的位置参数剔除所述多个通道之间的原始图像数据冗余。
16.第二方面，本发明提供一种多通道隧道衬砌图像的自动拼接装置，包括：采集模块，用于通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据；设置模块，用于获取图像采集的实际工况，并基于所述实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数；拼接模块，用于基于所述拼接参数将所述多个通道的原始图像数据进行拼接，形成有效图片。
17.在一个优选实施方式中，所述拼接模块包括冗余剔除单元，所述冗余剔除单元根据所述多个通道的位置参数剔除所述多个通道之间的原始图像数据冗余。
18.第三方面，本发明还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如前述任一实施例所述的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法。
19.相比于现有技术，本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法、装置及计算机存储介质，能够通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据，并基于隧道的实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数，最后基于所述拼接参数将所述多个通道的原始图像数据进行拼接，形成有效图片，实现了多通道原始图像数据的自动拼接，提高了海量图像的数据处理的效率，基于图像采集的实际工况设置的原始图像数据的拼接参数能够适应各种工况，生成的有效图片利于进行下一步的自动识别和人工校核处理，同时保证了隧道断面每一处的像素精度，最终实现了将多通道原始图像数据还原成方便查看、便于后续处理流程进行自动识别的高清图片，利于根据高清图片对病害进行定位及分析。
【附图说明】
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接装置的原理框图；
22.图2为本发明一实施例提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法的流程图；
23.图3为图2所示的方法中步骤s200的子步骤流程图；
24.图4为多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据的示意图；
25.图5为确定原始图像数据的镜像参数的示意图；
26.图6为图4所示采集的多个通道的原始图像数据的拼接示意图；
27.图7为本发明又一实施例提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法的流程图。
【具体实施方式】
28.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.请参阅图1，其为本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接装置的原理框图。本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接装置100，包括采集模块10、设置模块20及拼接模块30。
30.具体的，采集模块10用于通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据；设置模块20用于获取图像采集的实际工况，并基于所述实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数；拼接模块30用于基于所述拼接参数将所述多个通道的原始图像数据进行拼接，形成有效图片。
31.进一步地，所述设置模块包括位置参数确定单元，所述位置参数确定单元用于根据图像采集的行车工况确定所述多个相机所对应的多个通道的位置参数。
32.进一步地，所述设置模块包括索引参数确定单元，所述索引参数确定单元用于根据图像采集的运行方向及线路里程增减方向确定所述多个通道的原始图像数据的索引参数。具体的，当图像采集的行车方向为从隧道运行方向的小里程到大里程时，所述索引参数为按照正序进行索引；当图像采集的行车方向为从隧道运行方向的大里程到小里程时，所述索引参数为按照倒序进行索引。
33.进一步地，所述设置模块包括镜像参数确定单元，镜像参数确定单元用于根据所述索引参数确定所述原始图像数据的镜像参数。具体的，当所述索引参数为按照倒序进行索引时，所述原始图像数据的镜像参数为沿横轴翻转。
34.进一步地，所述拼接模块包括冗余剔除单元，所述冗余剔除单元根据所述多个通道的位置参数剔除所述多个通道之间的原始图像数据冗余。
35.可以理解地，上述各功能模块及单元可以软件程序的形式存储于存储器中，并由处理器执行。替代实施例中，上述各功能模块及单元也可为具有特定功能的硬件，例如，烧录有特定软件程序的芯片。
36.下面结合图2对上述各功能模块及单元进行详细的介绍。
37.如图2所示，其为本发明一实施例提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法的
流程图。所应说明的是，本发明的方法并不受限于下述步骤的顺序，且其他实施例中，本发明的方法可以只包括以下所述步骤的其中一部分，或者其中的部分步骤可以被删除。在实施时，所述多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法可以通过上述多通道隧道衬砌图像的自动拼接装置来实现。
38.本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法，包括如下步骤：
39.步骤s100：通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据。具体的，采集模块10能够通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据，可以理解地，采用多通道相机分别对准隧道衬砌不同断面区域进行图像采集，能够保证隧道衬砌断面每一处的像素精度。
40.步骤s200：获取图像采集的实际工况，并基于所述实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数。具体的，实际上进行图像采集时具有多种工况，实际工况包括采集时的行车方向、行别等各种工况，且每个通道的数据还存在不同存储模式，设置模块20能够适应实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数。
41.步骤s300：基于所述拼接参数将所述多个通道的原始图像数据进行拼接，形成有效图片。具体的，采集结束后需要再对多通道数据进行拼接处理，才能生成有效的图片，以进行下一步的自动识别和人工校核环节进行处理，拼接模块30基于设置的拼接参数进行拼接，能够适应隧道的各种工况，形成有效图片，实现了将多通道原始图像数据还原成方便查看、同时便于后续处理流程进行自动识别的高清图片。
42.因此，本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法，能够通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据，并基于隧道的实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数，最后基于所述拼接参数将所述多个通道的原始图像数据进行拼接，形成有效图片，实现了多通道原始图像数据的自动拼接，提高了海量图像的数据处理的效率，基于图像采集的实际工况设置的原始图像数据的拼接参数能够适应各种工况，生成的有效图片利于进行下一步的自动识别和人工校核处理，同时保证了隧道断面每一处的像素精度，最终实现了将多通道原始图像数据还原成方便查看、便于后续处理流程进行自动识别的高清图片，利于根据高清图片对病害进行定位及分析。
43.可以理解地，综合考虑系统相机成像模块的工作距离、合理景深等设计参数及铁路工务系统天窗运用效率，以适应隧道衬砌图像采集多种工况。主要包含如下情况：(1)铁路隧道有单单线和单双线之分，通常对双线隧道采用分次进行图像采集，即行车路线为上行时采集上行侧对应的隧道半幅图像，行车路线为下行时采集下行侧对应的隧道半幅图像。对于单线隧道，一次行车即可完成全断面采集。(2)检测系统搭载的移动平台很少会掉头反向行驶，通常系统设计为适应线路里程任意方向。因此，现场采集图像数据是基于很多前提条件的，所以需要在进行图像识别之前，对其进行交互处理，以拼接成有效图片。
44.具体的，车载检测设备采集的多通道隧道衬砌图像文件是原始的二进制流文件，每个通道存储为一个文件，每个隧道存储为一组文件，后续的数据处理需要把原始图像数据拼接起来，解析为方便查看的常见格式的图片，同时为每一张图片配以准确的里程信息，以实现病害的准确定位及分析。
45.进一步地，请参阅图3，步骤s200包括如下步骤：
46.步骤s210：根据图像采集的行车工况确定所述多个相机所属的多个通道的位置参
数。
47.具体的，如图4所示，其为多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据的示意图，隧道衬砌全断面是由多个相机交叉覆盖进行高清成像，以350km/h高度铁路单双线隧道断面为例，通过交叉布局设置8通道相机完成全断面图像采集，相机编号为c1-c8，c1-c4号相机负责采集同一行别的半幅隧道图像，c5-c8号相机负责采集另一行别的半幅隧道图像。由于铁路机车为双向行车，还存在车辆掉头的可能，因此同一侧相机可能检测不同行别的半幅隧道图像。鉴于以上情况，本发明规定面向大里程方向，从左至右的通道名称为p1-p8，本环节是根据行车工况确定c1-c8号相机所属的通道p1-p8的位置。
48.请参阅图5，其为图4所示采集的多个通道的原始图像数据的拼接示意图，多通道图像拼接展开后，两侧为隧道边墙，中间为拱顶，图5中的解析点为隧道节段位置点，根据若干个解析点即可对数据进行拼接。
49.本实施方式以8通道图像数据为例，但是本发明不限制通道数量，例如在其他实施方式中，只处理一个行别的数据可以包含4个通道，或者普速单单线隧道断面较小，只需6个通道即可覆盖隧道全断面等。
50.进一步地，步骤s200还包括如下步骤：
51.步骤s220：根据图像采集的运行方向及线路里程增减方向确定所述多个通道的原始图像数据的索引参数。具体的，当图像采集的行车方向为从隧道运行方向的小里程到大里程时，所述索引参数为按照正序进行索引；当图像采集的行车方向为从隧道运行方向的大里程到小里程时，所述索引参数为按照倒序进行索引。
52.可以理解地，相机进行图像数据采集和存储时，是依照先得到先写入的原则，所以图像文件是按照顺序存储的，当行车方向为从小里程到大里程时，会先采集隧道入口(规定小里程洞口为隧道入口，大里程洞口为隧道出口)，后采集隧道出口，此时按照顺序进行数据存储，先存入口后存出口，读取并解析数据时，则需要按照正序进行索引。当行车方向为从大里程到小里程时，会先采集隧道出口，后采集隧道入口，此时仍按照顺序进行数据存储，但是先存出口后存入口，读取并解析数据时，则需要按照倒序进行索引，本环节是根据运行方向及机车方向判断各通道图像文件是否需要按倒序索引。
53.进一步地，步骤s200还包括如下步骤：
54.步骤s230：根据图像采集的隧道环向规则及隧道纵向规则确定所述原始图像数据的镜像参数。具体的，当图像采集不符合隧道环向规则时，所述原始图像数据的镜像参数为沿横轴翻转；当图像采集不符合隧道纵向规则时，所述原始图像数据的镜像参数为沿纵轴翻转；当图像采集既不符合隧道环向规则也不符合隧道纵向规则时，所述原始图像数据的镜像参数为先沿横轴翻转再沿纵轴翻转。
55.可以理解地，判断图像镜像模式是指判断图像是否需要进行沿x轴和y轴的翻转，或者需要同时翻转。如图5所示，横轴即为x轴，对应隧道环向，竖轴即为y轴，对应隧道里程方向。隧道衬砌图像在x轴(即环向)方向上，必须符合中间是拱顶，两侧是边墙的规律，即隧道环向规则，采集图像时，由于行车工况(走行行别、里程增减、相机安装方向)等因素，会导致图像不符合此规则，因此，需要设定其沿x轴的翻转情况，即此为x轴镜像参数。隧道衬砌图像在y轴(即纵向，也称里程方向和轨道方向)方向上，必须符合图像上部分是小里程的隧道入口，下部分是大里程的隧道出口，即隧道纵向规则，如果不符合隧道纵向规则，则需设
置图像沿y轴翻转，此为y轴镜像参数。可以理解地，如果图像在两个方向均不符合规则，则需同时设置x轴镜像参数和y轴的镜像参数，也即，当图像采集既不符合隧道环向规则也不符合隧道纵向规则时，所述原始图像数据的镜像参数为先沿横轴翻转再沿纵轴翻转。
56.进一步地，步骤s300包括如下步骤：
57.根据所述多个通道的位置参数剔除所述多个通道之间的原始图像数据冗余。具体的，如图6所示，为了保证采集到隧道全断面图像，通常系统设计时，将相机视野边缘部分互相交叉覆盖，长度约100-500mm不等，因此，在进行图像拼接时，有必要基于多个通道的位置参数剔除此部分冗余(包括左冗余、右冗余)，以免影响裂缝、掉块等病害目标的长度和宽度的计算，提高数据的拼接精度。
58.本实施方式中，拼接参数包括位置参数、索引参数及镜像参数，基于以上拼接参数设置处理，可得到图像数据读取和解析的固有参数，即基于隧道的实际工况确定了合适的拼接参数，能够最终生成有效图片并输出。请参阅图7，其为本发明又一实施例提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法的流程图，本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法，最后分别获取各个通道的图像数据，按照上述步骤设置的拼接参数，根据已知原始数据解析点，即隧道节段位置点，自动拼接成图片并输出。实现了针对多通道图像数据进行自动处理，分别进行通道位置确认、正序和倒序索引判断、图像镜像模式选择、剔除通道之间的冗余，自动对多通道图像进行拼接，最终生成图片。
59.可以理解地，本发明提供的多通道隧道衬砌图像自动拼接方法，方案中以350km/h高速铁路单洞双线隧道为例，在其他实施方式中，本发明对250km/h、160km/h或其他高铁、客专、普速、重载、地铁等任意断面隧道同样适用。
60.本发明还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如前述任一实施例所述的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法。
61.需要说明的是，本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法的所有实施例均适用于本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接装置100及计算机存储介质，且均能够达到相同或相似的有益效果。
62.综上，本发明提供的多通道隧道衬砌图像的自动拼接方法、装置及计算机存储介质，能够通过多个相机采集隧道的多个通道的原始图像数据，并基于隧道的实际工况设置所述原始图像数据的拼接参数，最后基于所述拼接参数将所述多个通道的原始图像数据进行拼接，形成有效图片，实现了多通道原始图像数据的自动拼接，提高了海量图像的数据处理的效率，基于图像采集的实际工况设置的原始图像数据的拼接参数能够适应各种工况，生成的有效图片利于进行下一步的自动识别和人工校核处理，同时保证了隧道断面每一处的像素精度，最终实现了将多通道原始图像数据还原成方便查看、便于后续处理流程进行自动识别的高清图片，利于根据高清图片对病害进行定位及分析。
63.以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。