基于傅里叶变换轮廓术的地表沉降监测技术研究

摘要

地表沉降是当今世界各国城市化进程中普遍存在和不容忽视的环境地质问题，这种连续的、渐进的、累加式地质灾害主要由经济高速发展过程中不断加大地下资源开发引起，由此引发的房屋开裂、建筑走形、水涝频发、局部坍塌等问题严重制约了区域经济可持续发展、威胁到人类生命及财产安全。传统的地表沉降监测方法多采用水准测量、GPS等简易人为监测设备，这些设备在控制过程及输出效果上，存在着诸多不足之处。因此，对于地表沉降的研究就显得十分必要且刻不容缓。
　　针对传统监测方法中存在观测周期长、效率低下、实时性较差等问题，本文以彩色条纹投影为研究对象，使用摄像机标定配合傅里叶变换轮廓技术，恢复被测地表的三维轮廓信息，提出了一种基于差影法和NCC相融合的方法来进行地表沉降监测，并进行了可行性验证。具体工作如下：首先，为了进行实验仿真及后续研究内容的正常推进，搭建了一个基于条纹投影轮廓术的实验测量系统，它的功能包含了条纹投影、变形条纹图的采集，并完成了摄像机标定实验，获得摄像机的内部和外部参数；其次采集了被测模拟地表运动数据信息，综合对比分析了常用光学三维测量方法优劣势以及与本论文研究内容的契合度，选择了基于三频条纹投影的傅里叶变换轮廓术作为地表沉降监测的理论指导模型，重点讨论了背景消减、经验模式分解、颜色解耦、变精度相位去包裹等相关技术；在此基础上，模拟完成了对于地表运动信息的监测实验，实验结果表明了正弦条纹投影方法在地表沉降监测方面的可行性；最后为了判定被测地表的变形程度，本文在已有研究的基础上，提出了一种基于差影法和NCC相融合的方法来进行图像匹配，并与传统NCC算法进行了对比，仿真结果表明：该融合算法在处理时间方面比NCC算法减少至2s，实时性较好。
　　地表沉降监测实验表明：基于条纹投影的傅里叶变换轮廓技术，实现了对地表变形情况的实时监测，提高了整个监测过程的处理时间，使该系统具有更强的鲁棒性，并且系统的测量精度达到毫米级别，在地表沉降监测方面具有一定的社会价值。

目录

1 绪论

1.1 课题背景及选题意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

2 摄像机标定

2.1 摄像机标定模型建立

2.2 摄像机标定方法

2.3 摄像机标定实验

2.4 本章小结

3 傅里叶变换轮廓术

3.1 物体三维轮廓测量方法

3.2 傅里叶变换轮廓术

3.3 计算机模拟实验

3.4 本章小结

4 基于图像匹配的微变区域监测

4.1图像匹配概述

4.2 图像匹配方法

4.3 计算机模拟实验

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录