專利名稱：一種基于機(jī)器視覺的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)及調(diào)查方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道病害調(diào)查技術(shù)，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，應(yīng)用于隧道病害的檢測。
背景技術(shù)：
近年來，我國已建成的各種公路、鐵路、水底和地鐵隧道不同程度地出現(xiàn)襯砌裂縫、變形以及滲漏水等病害。病害的存在會影響交通質(zhì)量，威脅到隧道內(nèi)行車安全，造成安全事故，亟需科學(xué)、有效的分析與研究方法，分析評估病害產(chǎn)生對襯砌結(jié)構(gòu)安全和使用性能造成的影響，為病害治理方法與對策提供依據(jù)。防治隧道病害的前提是對隧道病害的種類、 分布和程度進(jìn)行詳細(xì)而全面的調(diào)查，通過對病害的系統(tǒng)調(diào)查可以為隧道的健康診斷提供依據(jù)。目前我國對隧道的病害調(diào)查主要采用的是人工現(xiàn)場調(diào)查方法，這種方法需要調(diào)查人員在隧道內(nèi)對隧道的健康狀況進(jìn)行調(diào)查，包括對隧道裂縫、變形和滲漏水處的位置、長度、寬度和面積進(jìn)行測量記錄，并對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、歸類和存檔，最后根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對隧道病害進(jìn)行評價。這種人工調(diào)查的方法在作業(yè)時往往會影響隧道的正常運(yùn)營、調(diào)查方法高耗而且低效、在調(diào)查過程中往往帶有很大的危險性、而且調(diào)查時的測量方法和讀取數(shù)據(jù)存在人為的主觀因素，數(shù)據(jù)的可靠性和完備性有限。對于裂縫的檢測和識別，現(xiàn)有的方法有激光掃描法和圖像識別法。這兩種方法目前主要應(yīng)用在公路路面的裂縫識別。激光掃描法是通過激光掃描器發(fā)出激光掃描路面，然后光接收器以一定角度接收從路面發(fā)射回來的光，當(dāng)被掃描的路面出現(xiàn)裂縫時，裂縫會使到達(dá)的激光散射或者折射，光接收器接收的反射光的強(qiáng)度就會減少，因此可以根據(jù)光接收器輸出的反射光強(qiáng)度的變化，確定路面是否存在裂縫。這種方法的缺點是周圍的光線環(huán)境對檢測的精度影響大，在白天時激光的反射會受到太陽光的影響，所以一般在夜間作業(yè)，給檢測人員帶來不便，并且在檢測過程中需要人工地進(jìn)行裂縫的標(biāo)注和評價，效率低下。而圖像識別法則是通過檢測車上的攝像機(jī)獲取路面的圖像并將圖像發(fā)送到計算機(jī)，由計算機(jī)對路面的圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到只含路面背景和裂縫的圖像，然后再利用相應(yīng)的識別算法確定路面是否存在裂縫，以及對裂縫進(jìn)行定位。這種方法的缺點是檢測的結(jié)果取決于圖像的成像質(zhì)量和識別算法的可靠性，攝像機(jī)的成像需要高亮度的光照條件，成像容易受到檢測車的震動和速度的影響，而且需要人工對每一幅圖像進(jìn)行標(biāo)注和分類統(tǒng)計處理，所以無法實現(xiàn)對裂縫的全自動實時處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于機(jī)器視覺的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)及調(diào)查方法，可以實現(xiàn)對隧道常見病害的定期快速調(diào)查，使調(diào)查過程安全快速、 全自動實時處理、且不影響隧道的正常運(yùn)營。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，裝置于一調(diào)查承載車上，包括
機(jī)器視覺子系統(tǒng)，用于利用CCD攝像機(jī)對待調(diào)查對象一隧道表面進(jìn)行采像，獲取待調(diào)查對象的圖像數(shù)據(jù)后傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；
激光測距子系統(tǒng)，用于通過激光測距方法測量機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集的圖像的成像距
罔；
光電測速子系統(tǒng)，用于運(yùn)用光電測速方法對調(diào)查承載車的行駛速度進(jìn)行非接觸式測量，提供采集圖像在隧道中的對應(yīng)坐標(biāo)；
控制子系統(tǒng)，用于控制激光測距子系統(tǒng)、光電測速子系統(tǒng)，接收并將激光測距子系統(tǒng)、 光電測速子系統(tǒng)獲得的測量數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，同時觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；
數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用于調(diào)用控制子系統(tǒng)傳來的測量數(shù)據(jù)對機(jī)器視覺子系統(tǒng)獲取的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別統(tǒng)計；
電源子系統(tǒng)，用于統(tǒng)一為上述各個子系統(tǒng)提供工作所需穩(wěn)定電壓。所述機(jī)器視覺子系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭、CXD面陣攝像機(jī)以及為所述CXD面陣攝像機(jī)成像提供光源的照明燈，還包括
圖像采集模塊，用于將所述CCD面陣攝像機(jī)采集的圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到計算機(jī)進(jìn)行處理；
圖像數(shù)據(jù)存儲與傳輸模塊，用于存儲計算機(jī)處理的圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。所述調(diào)查承載車包括輪子和圓弧形車體，圓弧形車體外表面分布有機(jī)器視覺子系統(tǒng)、激光測距子系統(tǒng)以及光電測速子系統(tǒng)，機(jī)器視覺子系統(tǒng)中包括亮度固定的照明燈，圓弧形車體內(nèi)置有控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)。所述光電測速子系統(tǒng)安裝在調(diào)查承載車的圓弧形車體下方、與地面相對的位置處；所述照明燈、機(jī)器視覺子系統(tǒng)、激光測距子系統(tǒng)每三個組成一組，在調(diào)查承載車的圓弧形車體表面的各個方向均勻分布。一種應(yīng)用所述基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的調(diào)查方法，其特征是在于步驟流程如下
(1)、確定采集區(qū)域采集區(qū)域確定后，將調(diào)查承載車放置于采集區(qū)域所在的隧道內(nèi)道路中央，并在開始檢測時使其沿道路中心線勻速前進(jìn)；
(2)、信息采集由控制子系統(tǒng)向激光測距子系統(tǒng)下發(fā)測距指令并接收測距數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，并控制光電測速子系統(tǒng)測速，將通過測速而獲得采集的圖像的坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后打包上傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；同時產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)的CCD面陣攝像機(jī)采集圖像上傳到數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；
(3)、數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將傳來的采集的上述測距數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)及圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存；
(4)、數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的所述采集的測距、定位數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)程序?qū)Σ杉膱D像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別、判斷及統(tǒng)計；
(5)、人工分析即由分析人員介入分析，剔除統(tǒng)計中的錯誤結(jié)果，并將最終結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、歸類和存檔。
所述(4)中數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的所述采集的測距、定位數(shù)據(jù)對采集的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別、分析判斷及統(tǒng)計的方法如下
首先，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的測距數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對圖像進(jìn)行展開、拼接處理；
其次，對隧道襯徹結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行分析識別、判斷及統(tǒng)計，獲得隧道裂縫、變形和滲漏水處位置、長度、寬度、面積以及襯砌侵限信息；
再次，由分析人員介入對所獲取的上述統(tǒng)計信息進(jìn)行人工分析，剔除所獲取信息中的錯誤結(jié)果，以增強(qiáng)可靠性；
最后，由數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將最終得到的分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、歸類和存檔。所述對隧道襯徹結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行分析識別方法包括運(yùn)用灰度級校正、二值化處理、 二值圖像處理和圖像測量方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點1、實現(xiàn)了對隧道常見病害的全自動實時的調(diào)查，調(diào)查過程不需要人工參與，克服了人工識別方法勞動強(qiáng)度大、工作效率低和調(diào)查結(jié)果主觀因素大的缺點，提高了調(diào)查工作效率、安全性和調(diào)查的準(zhǔn)確性。2、調(diào)查的方法和過程簡單且易于實現(xiàn)，一次調(diào)查只需檢測承載車在待調(diào)查隧道行駛即可完成對該段隧道病害的調(diào)查，因此可實現(xiàn)隧道病害定期快速調(diào)查，大大降低調(diào)查成本和消耗。3、調(diào)查過程不影響隧道正常運(yùn)營，提高了調(diào)查作業(yè)安全性，可對隧道進(jìn)行長期監(jiān)測調(diào)查，及時發(fā)現(xiàn)隧道存在的病害，并對病害進(jìn)行自動的分類、病害程度評價和提供相應(yīng)的
處理預(yù)案。機(jī)器視覺是用機(jī)器代替人眼來作各種測量和判斷，機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過圖像攝取裝置將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像處理系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征， 進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。機(jī)器視覺技術(shù)涉及到計算機(jī)、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光學(xué)、機(jī)械等多個領(lǐng)域，是一種非接觸測量技術(shù)，對觀測與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，機(jī)器視覺系統(tǒng)的可靠性高，具有較寬的光譜響應(yīng)范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴(kuò)展了人眼的視覺范圍；機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)可以長時間地作測量、 分析和識別，并且可以在惡劣環(huán)境下工作。


圖1是本發(fā)明實施例提供的基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例提供的機(jī)器視覺子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實施例提供的基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的運(yùn)用方法的流程圖。圖4是本發(fā)明實施例提供的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)害識別、判斷及統(tǒng)計的方法的流程圖。圖5是本發(fā)明實施例提供的基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的設(shè)備布置示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，圖1示出了本發(fā)明實施例提供的基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明有關(guān)的部分，現(xiàn)結(jié)合該附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)說明如下。所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)包括一調(diào)查承載車，裝置于調(diào)查承載車上的機(jī)器視覺子系統(tǒng)、激光測距子系統(tǒng)、光電測速子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)以及電源子系統(tǒng)。機(jī)器視覺子系統(tǒng)，基于機(jī)器視覺技術(shù)，利用C⑶攝像機(jī)對待調(diào)查對象一隧道表面進(jìn)行采像，獲取待調(diào)查對象的圖像數(shù)據(jù)后傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。機(jī)器視覺技術(shù)是用機(jī)器代替人眼來作各種測量和判斷，指通過圖像攝取裝置將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用圖像處理系統(tǒng)根據(jù)圖像像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號后對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征進(jìn)行處理。激光測距子系統(tǒng)，用于通過激光測距方法測量機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集的圖像的成像距離；該激光測距子系統(tǒng)，主要包括激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和信號處理模塊，其測距方法采用脈沖激光測距法，具有測距精度高、測程遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、不需要合作目標(biāo)的特點；該激光測距方法為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)及上述說明即可得以實現(xiàn)激光測距，此處不再進(jìn)行詳述。光電測速子系統(tǒng)，用于運(yùn)用光電測速方法對調(diào)查承載車的行駛速度進(jìn)行非接觸式測量，提供采集圖像在隧道中的對應(yīng)坐標(biāo)。光電測速子系統(tǒng)在測量得調(diào)查承載車的實時行駛速度后，根據(jù)所測速度信息得到承載車的行駛距離即里程，從而提供每一幅圖像在隧道中所對應(yīng)的坐標(biāo)，對該采集的圖像進(jìn)行定位，其測量精度不受調(diào)查承載車上下顛簸的影響。以上所述的光電測速子系統(tǒng)，主要包括非接觸式光電測速傳感器、照明燈、跟蹤濾波器及相應(yīng)的用于固定前述裝置的固定裝置；該光電測速方法為本光電測速領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，該領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)及上述說明即可得以實現(xiàn)光電測速目的，此處不再進(jìn)行詳述?？刂谱酉到y(tǒng)，用于控制激光測距子系統(tǒng)、光電測速子系統(tǒng)，接收并將激光測距子系統(tǒng)、光電測速子系統(tǒng)獲得的測量數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，同時觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；包括為激光測距子系統(tǒng)、光電測速子系統(tǒng)和機(jī)器視覺子系統(tǒng)提供各種控制信號，如同步觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)、向激光測距子系統(tǒng)下達(dá)測距指令控制
信號等。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用于調(diào)用控制子系統(tǒng)傳來的測量數(shù)據(jù)對機(jī)器視覺子系統(tǒng)獲取的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別統(tǒng)計；該子系統(tǒng)是上述相應(yīng)子系統(tǒng)獲得圖像數(shù)據(jù)、測距數(shù)據(jù)和測速數(shù)據(jù)的處理中心，前述獲取的數(shù)據(jù)統(tǒng)一在該數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中進(jìn)行圖像的存取和預(yù)處理、圖像的模式識別、病害的分類和評價等工作。電源子系統(tǒng)，用于統(tǒng)一為上述各個子系統(tǒng)提供工作所需的穩(wěn)定電壓。
所述的調(diào)查承載車用來承載系統(tǒng)的其他所有子系統(tǒng)并提供穩(wěn)定的運(yùn)動速度，可平穩(wěn)地行使在隧道中，因此，調(diào)查承載車須使用抗震性能好的承載車，以提供穩(wěn)定的行使速度，減少系統(tǒng)的抖動以獲得質(zhì)量較高的隧道表面圖像，同時可以為電源子系統(tǒng)提供發(fā)電電源。參見圖2所示，該圖2示出了本發(fā)明提供的機(jī)器視覺子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明有關(guān)的部分。下面結(jié)合該附圖，對該機(jī)器視覺子系統(tǒng)說明如下。該機(jī)器視覺子系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭、CCD面陣攝像機(jī)、為CCD面陣攝像機(jī)成像提供光源的照明模塊、圖像采集模塊以及圖像數(shù)據(jù)存儲與傳輸模塊。光學(xué)鏡頭用于將成像目標(biāo)聚焦在CCD圖像傳感器的光敏面上構(gòu)成成像，CCD面陣攝像機(jī)用于提供快速、高像素及高分辨率的成像，所述的照明模塊為CCD面陣攝像機(jī)成像提供所需要的光源，通過將照明光線投射在成像目標(biāo)上，使CCD面陣攝像機(jī)的成像更加清晰；圖像采集模塊則將CCD面陣攝像機(jī)成像的圖像光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號輸入到計算機(jī)進(jìn)行處理；圖像數(shù)據(jù)存儲與傳輸模塊則將計算機(jī)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別、統(tǒng)計。以上所述機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集圖像的技術(shù)與為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。參見圖3，該圖示出了運(yùn)用本發(fā)明實施例提供的基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的使用方法的流程；下面結(jié)合該附圖，對該使用方法流程說明如下一、確定采集區(qū)域采集區(qū)域確定后，將調(diào)查承載車放置于采集區(qū)域所在的隧道內(nèi)道路中央，并在開始檢測時使其沿道路中心線勻速前進(jìn)。二、信息采集由控制子系統(tǒng)向激光測距子系統(tǒng)下發(fā)測距指令并接收測距數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，并控制光電測速子系統(tǒng)測速，將通過測速而獲得采集的圖像的坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后打包上傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；同時產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)的CCD面陣攝像機(jī)采集圖像上傳到數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。三、數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將傳來的采集的上述測距數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)及圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存。四、數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的所述采集的測距、定位數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)程序?qū)Σ杉膱D像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別、判斷及統(tǒng)計。五、人工分析即由分析人員介入分析，剔除統(tǒng)計中的錯誤結(jié)果，并將最終結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、歸類和存檔。參見圖4，該圖示出了本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)害快速識別、判斷及統(tǒng)計的方法的流程。以下結(jié)合該附圖，對本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的災(zāi)害快速識別統(tǒng)計的方法作詳細(xì)說明如下。首先，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的測距數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對圖像進(jìn)行展開、拼接處理。其次，對隧道襯徹結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行分析識別、判斷及統(tǒng)計，獲得隧道裂縫、變形和滲漏水處位置、長度、寬度、面積以及襯砌侵限信息。分析識別方法包括運(yùn)用灰度級校正、二值化處理、二值圖像處理和圖像測量等方法；本發(fā)明實施例所述灰度級校正、二值化處理、二值圖像處理和圖像測量方法均為現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)上述描述均可利用本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，并獲得隧道裂縫、變形和滲漏水處位置、長度、寬度、面積以及襯砌侵限信息。再次，由分析人員介入對所獲取的上述統(tǒng)計信息進(jìn)行人工分析，剔除所獲取信息中的錯誤結(jié)果，以增強(qiáng)可靠性。最后，由數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將最終得到的分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、歸類和存檔。5，[微軟用戶1]該圖示出了基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的設(shè)備布置方法。以下結(jié)合附圖，對布置方法作一簡要說明。如圖5所示，所述調(diào)查承載車5包括輪子和圓弧形車體，圓弧形車體外表面分布有機(jī)器視覺子系統(tǒng)2、激光測距子系統(tǒng)3以及光電測速子系統(tǒng)4，機(jī)器視覺子系統(tǒng)中包括亮度固定的照明燈1，圓弧形車體內(nèi)置有控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)。所述光電測速子系統(tǒng)4安裝在調(diào)查承載車5的圓弧形車體下方、與地面相對的位置處；所述照明燈1、機(jī)器視覺子系統(tǒng)2、激光測距子系統(tǒng)3每三個組成一組，在調(diào)查承載車 5的圓弧形車體表面的各個方向均勻分布。為了保證調(diào)查的全面性及準(zhǔn)確性，該調(diào)查承載車 5的圓弧形體表面上應(yīng)均勻安裝有多組照明燈1、機(jī)器視覺子系統(tǒng)2以及激光測距子系統(tǒng)3。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，裝置于一調(diào)查承載車(5)上，包括機(jī)器視覺子系統(tǒng)，用于利用CCD攝像機(jī)對待調(diào)查對象一隧道表面進(jìn)行采像，獲取待調(diào)查對象的圖像數(shù)據(jù)后傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；激光測距子系統(tǒng)，用于通過激光測距方法測量機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集的圖像的成像距罔；光電測速子系統(tǒng)，用于運(yùn)用光電測速方法對調(diào)查承載車的行駛速度進(jìn)行非接觸式測量，提供采集圖像在隧道中的對應(yīng)坐標(biāo)；控制子系統(tǒng)，用于控制激光測距子系統(tǒng)、光電測速子系統(tǒng)，接收并將激光測距子系統(tǒng)、 光電測速子系統(tǒng)獲得的測量數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，同時觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用于調(diào)用控制子系統(tǒng)傳來的測量數(shù)據(jù)對機(jī)器視覺子系統(tǒng)獲取的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別統(tǒng)計；電源子系統(tǒng)，用于統(tǒng)一為上述各個子系統(tǒng)提供工作所需穩(wěn)定電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，其特征是在于，所述機(jī)器視覺子系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭、CCD面陣攝像機(jī)以及為所述CCD面陣攝像機(jī)成像提供光源的照明燈，還包括圖像采集模塊，用于將所述CCD面陣攝像機(jī)采集的圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到計算機(jī)進(jìn)行處理；圖像數(shù)據(jù)存儲與傳輸模塊，用于存儲計算機(jī)處理的圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，其特征是在于，所述調(diào)查承載車(5)包括輪子和圓弧形車體，圓弧形車體外表面分布有機(jī)器視覺子系統(tǒng)(2)、激光測距子系統(tǒng)(3)以及光電測速子系統(tǒng)(4)，機(jī)器視覺子系統(tǒng)中包括亮度固定的照明燈(1)，圓弧形車體內(nèi)置有控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，其特征是在于，所述光電測速子系統(tǒng)(4)安裝在調(diào)查承載車(5)的圓弧形車體下方、與地面相對的位置處；所述照明燈(1)、機(jī)器視覺子系統(tǒng)(2)、激光測距子系統(tǒng)(3)每三個組成一組，在調(diào)查承載車(5)的圓弧形車體表面的各個方向均勻分布。
5.一種應(yīng)用權(quán)利要求1 一 4任意一項所述基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的調(diào)查方法，其特征是在于步驟流程如下(1)、確定采集區(qū)域采集區(qū)域確定后，將調(diào)查承載車放置于采集區(qū)域所在的隧道內(nèi)道路中央，并在開始檢測時使其沿道路中心線勻速前進(jìn)；(2)、信息采集由控制子系統(tǒng)向激光測距子系統(tǒng)下發(fā)測距指令并接收測距數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，并控制光電測速子系統(tǒng)測速，將通過測速而獲得采集的圖像的坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后打包上傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；同時產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)的CCD面陣攝像機(jī)采集圖像上傳到數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；(3)、數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將傳來的采集的上述測距數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)及圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存；(4)、數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的所述采集的測距、定位數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)程序?qū)Σ杉膱D像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別、判斷及統(tǒng)計；(5)、人工分析即由分析人員介入分析，剔除統(tǒng)計中的錯誤結(jié)果，并將最終結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、歸類和存檔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查方法，其特征是在于所述(4)中數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的所述采集的測距、定位數(shù)據(jù)對采集的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識別、分析判斷及統(tǒng)計的方法如下首先，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)調(diào)用儲存的測距數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對圖像進(jìn)行展開、拼接處理；其次，對隧道襯徹結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行分析識別、判斷及統(tǒng)計，獲得隧道裂縫、變形和滲漏水處位置、長度、寬度、面積以及襯砌侵限信息；再次，由分析人員介入對所獲取的上述統(tǒng)計信息進(jìn)行人工分析，剔除所獲取信息中的錯誤結(jié)果，以增強(qiáng)可靠性；最后，由數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將最終得到的分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、歸類和存檔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查方法，其特征是在于所述對隧道襯徹結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行分析識別方法包括運(yùn)用灰度級校正、二值化處理、二值圖像處理和圖像測量方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)及調(diào)查方法，裝置于一調(diào)查承載車上，包括機(jī)器視覺子系統(tǒng)，用CCD攝像機(jī)獲取待調(diào)查對象圖像數(shù)據(jù)；激光測距子系統(tǒng)，用激光測距法測量機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集的圖像的成像距離；光電測速子系統(tǒng)，用于提供采集圖像在隧道中的對應(yīng)坐標(biāo)；控制子系統(tǒng)，控制激光測距及光電測速子系統(tǒng)，將該兩子系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集圖像傳至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，根據(jù)控制子系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)處理機(jī)器視覺子系統(tǒng)獲取的圖像；電源子系統(tǒng)，為各子系統(tǒng)提供電壓。本發(fā)明可實現(xiàn)對隧道常見病害的定期快速調(diào)查，使調(diào)查過程安全快速、全自動實時處理、不影響隧道正常運(yùn)營。
文檔編號G01C11/00GK102435173SQ201110281700
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者葉英, 張智明, 楊新銳 申請人:北京市市政工程研究院