(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 202210334680.5 (22)申请日 2022.03.30 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 孙光民　刘凡　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 刘萍 (51)Int.Cl. G06T 3/40(2006.01) G06T 7/168(2017.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 1/00(2006.01) G06F 17/16(2006.01) H04N 5/225(2006.01)H04N 5/232(2006.01) H04N 5/265(2006.01) H04L 69/16(2022.01) (54)发明名称 深部探测工程 光学钻孔成像系统 (57)摘要 深部探测工程光学钻孔成像系统涉及地质 勘测及光学钻孔成像领域。 整体可分为地上系统 和地下系统两部分。 地上系统是可视化上位机界 面； 地下系统包括图像采集模块、 钻孔内壁图像 变换模块、 图像融合拼接模块、 图像压缩模块， 图 像采集模块用于俯视拍摄地下钻孔图像； 图像变 换模块用于将钻孔内壁俯视图片中的中心黑洞 区域去除并将剩余的有效区域进行透射变换展 开并矫正； 图像融合拼接模块用于将矫正后的内 壁正视图像拼接为一幅完整的钻孔内壁平面图 像； 图像压缩模块是将成品图进行压缩处理， 方 便上传至上位机。 地上系统与地下系统通过t cp/ ip通信模块进行信息交互。 本发明能有效地在井 下钻孔图像上传时节约带宽， 增加了钻孔内壁图 像的有效信息量。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 114820306 A 2022.07.29 CN 114820306 A 1.深部探测工程光学钻孔成像系统， 其特征是， 包括上位机显示模块， 下位机图像采集 模块、 图像变换模块、 图像融合拼接模块、 图像压缩模块， 上位机与下位机通信模块， 电源模 块， 其中， 上位机模块作用为控制下位机工作与显示地下钻孔内壁图像； 图像采集模块为树 莓派zero外接摄像头用于10张/秒向下拍摄钻孔内壁图像； 图像变换模块作用为将树莓派 拍摄的俯视图中的黑洞区域去除掉并将余下的有效信息区域进行圆环展开并进行视角转 换为正视矩形图； 图像融合拼接模块用于将 每一帧矩形图像进行融合拼接为一幅完整钻孔 内壁长图； 图像压缩模块是将拼接好的图像进行压缩； 通信模块作用为把上位机与下位机 连接起来并进行双向通信； 电源 模块用于保证整个系统的稳定供电。 2.根据权利要求1所述的深部探测工程光学钻孔成像系统， 其特征是， 所述的上位机显 示界面中点击 “START”按钮， 树莓派开始进行图像采集工作； 点击 “STOP”按钮， 树莓派暂停 工作； 点击 “END”按钮， 树莓派结束 此次拍摄工作； 点击 “查看历史记录 ”按钮， 跳转到相应文 件夹下查看下位机传上来的钻孔内壁图像。 3.根据权利要求1所述的深部探测工程光学钻孔成像系统， 其特征是， 所述的树莓派摄 像头固定在套管 的中心位置上， 保证其位置不会晃动， 并且套管外壁用弹性片紧贴钻孔内 壁进行匀速向下移动， 速度不超过每分钟6 0米。 4.根据权利要求1所述的深部探测工程光学钻孔成像系统， 其特征是， 图像变换模块 中， 运用基尔霍夫圆算法先将 中心黑洞区域圈出来进行去除， 再利用极坐标像素点拷贝和 透射变换法将剩余的有效区域进行展开并拉伸矫 正； 具体步骤为： 步骤一： 利用霍夫圆梯度算法将圆心点找到， 通过对半径最大可能性估计来确定半径 值的大小， 从而将俯视图中黑洞区域圈出并去除掉； 化简笛卡尔坐 标圆方程： (x ‑a)2+(y‑b)2 ＝r2， 化简得到圆心极坐标： a＝x ‑r·cosθ， b＝y ‑r·sinθ； 之后利用霍夫圆梯度算法确定 半径， 计算Canny边缘二值图中所有非0点距离圆心的距离； 将距离从小到大排序， 初始 化半 径空间N(r)， 令所有的N(r)＝0； 遍历Canny图中的非0点， 将半径空间值进行累加； 最终将半 径空间最大值作为圆的半径值； 步骤二： 取图像上黑洞圆外一圈像素点， 之后再向外取一圈像素点， 以此类推， 直至取 完圆环上所有像素点； 将圆环内所有像素点的平面坐标(x,y)转换为极坐标(r, θ )的形式； 将每一个像素点的边长定义为 1， 从圆环中内圆外一圈半径为r+1的像素点开始依次向半径 为R的外圆遍历， 并按顺序将 每行像素点叠加成为等腰梯形， 总共为n圈像素点； 叠加后的梯 形图的上底长度为内圆的周长2 πr， 下底长度为2 π(r+n)， 高度为所 取像素点的圈数n； 步骤三： 通过变换公式求解变换矩阵， 将平面直角坐标系中的图像投影转换到齐次坐 标系下， 求取步骤二中等腰梯形的四角顶点的坐标， 将梯形短边拉伸到与长边长度相等， 得 到钻孔内壁 正视矩形图像； 透射变换的通用变换公式为： 其中,(u,v， w)是原始图片像素点的齐次坐标， (x ′， y′， w′)为变换之后的图像像素点的 齐次坐标； w大于等于0， 且当w>0时， 为坐标u， v的缩放尺度， w＝0时为无穷远情况； 对应得到 变换后的图片像素坐标(x,y),其中x＝x ′/w′， y＝y′/w′； 通过变换公式求解等腰梯形的四 个顶点的坐标公式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114820306 A 2通过顶点像素的坐标将等腰梯形拉伸变换成为矩形图。 5.根据权利要求1所述的深部探测工程光学钻孔成像系统， 其特征是， 图像变换模块 中， 有效圆环区域的界限划定并不固定； 在 钻孔内壁中等高的区域划分出来， 直接取黑洞外 围所有像素图片的清晰度无法 保证， 所以需要在区域过 大时取一半， 做防越界判定 。 6.根据权利要求1所述的深部探测工程光学钻孔成像系统， 其特征是， 图像融合拼接模 块中， 在一张图片上方的像素点中构建三行矩阵去和另一张图片的每一行像素点进行标准 差运算， 求得的标准差最小的行像素点 就为两张图片的拼接线。 7.根据权利要求1所述的深部探测工程光学钻孔成像系统， 其特征是， 设计一问一答的 方式进行Socket通信， 解决了下位机向上位机传输图像过程中的粘 包问题。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114820306 A 3